Правила оформления отчета 3 страница

2) по опытным данным выяснить влияние нейтрального провода на работу трехфазной цепи;

3) усвоить методику построения векторных диаграмм для основных режимов работы;

4) изучить способы измерения напряжений, токов и активной мощности цепи.

Пояснения к работе

Для соединения фаз приемника «звездой» их концы (x, y, z) соединяют в одну общую точку n, называемую нулевой, или нейтральной, точкой (рис.14). Начала фаз (a, b, c) присоединяют к проводам, идущим к соответствующим фазам сети (A, B, C). Эти провода называются линейными, а провод, соединяющий нейтральные точки нагрузки n и сети N – нейтральным.

Трехфазная цепь с тремя линейными и одним нейтральным проводами называется четырехпроводной, а при отсутствии нейтрального провода – трехпроводной. Нагрузка считается симметричной, когда комплексные сопротивления фаз одинаковы или иначе , . При соединении фаз нагрузки «звездой» линейные токи одновременно являются и фазными, поэтому . Электрическое состояние цепи описывается законами Кирхгофа и Ома:

;

; ; ;

, , ,

где , , – комплексные фазные токи; , , – комплексные напряжения на соответствующих фазах нагрузки; , , – комплексные линейные напряжения; , , – комплексные сопротивления фаз.

Рис. 14

Напряжение между нейтральными точками нагрузки и источника (сети) называются напряжением смещения нейтрали и обозначается . При неравномерной нагрузке фаз и отсутствии нейтрального провода фазные напряжения на нагрузке , , связаны с соответствующими напряжениями источника соотношениями:

; ; ;

Записанным уравнениям соответствуют векторные диаграммы, изображенные на рис.15.

а)	б)
Рис. 15

Построение их начинаем с векторов линейных напряжений, задаваемых сетью и от условий опыта не зависящих. Точка N на векторной диаграмме, соответствующая нейтральной точке генератора, находится в центре треугольника линейных напряжений. Точку n, соответствующую нейтральной точке нагрузки, находят методом засечек. Векторы токов откладывают по отношению к соответствующим векторам фазных напряжений с учетом характера нагрузки фазы (угла j). В качестве примера на рис.15а приведена векторная диаграмма при симметричной активной нагрузке фаз , , а на рис.15б – для несимметричной нагрузки в трехпроводной системе , .

Домашнее задание

По учебнику и конспектам проработать общие положения о трехфазных цепях, уяснить основные уравнения и соотношения величин, проанализировать частные режимы работы (случай симметричной и несимметричной нагрузок, обрыв фазы нагрузки, короткое замыкание одной фазы) при соединении фаз приемника «звездой» для четырехпроводной и трехпроводной систем. Обратить внимание, при каких условиях выполняется соотношение . Ознакомиться с порядком построения векторных диаграмм токов и напряжений для основных режимов. Изучить схему лабораторной работы (рис.16), освоить методику измерения напряжений, токов и активной мощности в трехфазной цепи, соединенной в «звезду». Изучить принцип действия двухэлементного и трехэлементного ваттметров и схемы их включения.

Приборы и оборудование

Исследование трехфазной цепи проводится на универсальном стенде (см. рис.16), где имеется нагрузка в виде трех ламповых реостатов (активная на­грузка). Для измерения величины токов и напряжений используются амперметр PA 1 и вольтметр PV 1с вилками. При включении амперметра PA 1 в гнезда соответствующей фазы тумблер, замыкающий эти гнезда, на время измерения ставится в положение «отключено» (SA 3 для фазы a, SA 5 для фазы b и SA 7 для фазы c). С помощью двухэлементного ваттметра PW 1 и PW 2 измеряется активная мощность при трехпроводной схеме включения приемников.

План работы

1. Ознакомиться со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы; записать основные технические данные измерительных приборов.

2. Собрать электрическую цепь без нейтрального провода по схеме, изображенной на рис.16.

Рис. 16

3. Произвести опыт, для чего выключить питание и, устанавливая нагрузку фаз ламповым реостатом, измерить линейные и фазные напряжения и токи, мощность трехфазной нагрузки при следующих условиях:

а) равномерная нагрузка фаз;

б) обрыв одной из фаз нагрузки и одинаковая нагрузка двух других фаз (как в п.3а.);

в) короткое замыкание одной из фаз нагрузки (начало фазы нагрузки соединяется проводом с нулевой точкой нагрузки) и одинаковые сопротивления двух других фаз (как в п.3а.);

г) неравномерная нагрузка фаз при нагрузке одной из фаз такой же, как в п.3а.

4. Присоединить нейтральный провод, произвести опыт. Измерить линейные и фазные напряжения и токи в двух случаях:

а) при неравномерной нагрузке фаз (той же, что и в п.3г) – в этом случае мощность вычисляется по формуле:

;

б) при равномерной нагрузке всех фаз (как в п.3а.); результаты измерений и вычислений занести в табл. 4.

Таблица 4

Условия нагружения

Измеренные величины

Вычисленные величины

Uab В

Ubc В

Uca В

Ua В

Ub В

Uc В

Ia A

Ib A

Ic A

P Вт

UnN В

IN A

5. По результатам опытов построить векторные диаграммы напряжений и токов.

6. Найти графическим способом ток в нейтральном проводе и напряжение смещения нейтрали и занести в табл. 4.

Контрольные вопросы

1. Как обозначаются зажимы трехфазного источника и приемника?

2. Как соединяются электроприемники «звездой»?

3. Какими уравнениями выражаются мгновенные значения фазных напряжений и токов при симметричной нагрузке?

4. В каком соотношении находятся линейные и фазные напряжения при симметричной нагрузке?

5. Какой режим работы трехфазной цепи называют несимметричным?

6. Для чего используется нейтральный провод?

7. Какими уравнениями описывается электрическое состояние цепи при несимметричной нагрузке?

8. Как построить совмещенные векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных режимов трехфазной цепи?

9. К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?

10. Как изменяется напряжение при обрыве одной фазы в четырехпроводной и трехпроводной сетях?

11. Как изменяется напряжение при коротком замыкании фазы в трехпроводной сети? К чему приведет короткое замыкание фазы в четырехпроводной сети?

12. К чему приводит обрыв линейного провода в трехфазной установке четырехпроводной и трехпроводной систем?

13. Как измеряют мощность трехфазной нагрузки в четырехпроводной системе?

14. В каких случаях используется метод измерения мощности двумя ваттметрами?

15. Написать уравнения для активной, неактивной и полной мощностей при симметричной и несимметричной нагрузках.

Библиографический список

1. Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 2000. С.104-123.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С.164-181, 348-350.

3. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. М.: Высш.школа, 1984. С.94-101, 104-110, 219-222.

4. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.124-156.

5. Общая электротехника /Под ред. А.Т.Блажкина. Л.: Энергоатомиздат, 1986. С.125-137, 246-249.

6. Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова. М.: Высш.школа, 1985. С.104-114, 116-121, 305-310.

7. Борисов Ю.М.,Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1985. С.123-138, 284-288.

Работа № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы:1) изучить особенности работы катушки со стальным сердечником в цепях переменного тока;

2) снять вольт - амперную характеристику катушки при подключению ее к источнику переменного тока;

3) определить параметры схемы замещения и построить векторную диаграмму катушки с сердечником.

Пояснения к работе

Основным элементом различных электрических приборов и машин являются стальные магнитопроводы с катушками. Физические процессы в цепях переменного тока, содержащих такие элементы, обладают рядом особенностей по сравнению с цепями, в которых магнитный поток замыкается по воздуху. Эти особенности оказывают существенное влияние на конструктивное выполнение и технические характеристики электрических машин и приборов. Рассмотрим каждую особенность в отдельности.

За счет переменного магнитного потока, создаваемой катушкой с сердечником в цепи переменного тока, в толще стального сердечника индуцируются вихревые токи, замыкающиеся в плоскостях, перпендикулярных оси потока. Для значительного уменьшения потерь энергии в стальном магнитопроводе от вихревых токов стальной сердечник обычно собирают из отдельных изолированных друг от друга листов тонкой стали толщиной 0,3-0,5 мм.

Кроме потерь от вихревых токов, в стальном магнитопроводе возникают потери, обусловленные явлением гистерезиса при периодическом перемагничивании стали. Уменьшение этих потерь достигается применением специальных сортов стали (электротехническая). Суммарные потери от вихревых токов и гистерезиса называют магнитными потерями. Величина этих потерь пропорциональна квадрату амплитуды магнитного потока в сердечнике:

.

Другой особенностью катушки с сердечником является то, что магнитный поток катушки оказывается непропорциональным протекающему в ней току. Обусловлено это явлениями магнитного насыщения и гистерезиса. Индуктивность в такой катушке оказывается величиной переменной. Изменение индуктивности приводит к изменению индуктивного, а также и полного сопротивления катушки с сердечником. В этом случае ЭДС самоиндукции следует определять, исходя из выражения , верного и для цепей содержащих катушки со стальным сердечником.

При включении катушки с сердечником в цепь переменного тока основной магнитный поток замыкается по сердечнику. Этот поток сцепляется со всеми витками катушки и создает потокосцепление . Незначительная часть общего магнитного потока замыкается по воздуху, создавая потокосцепление рассеяния. В этом случае реальную катушку с сердечником можно представить как бы состоящей из двух последовательно соединенных катушек (рис. 17а).

На схеме замещения реальной катушки (рис. 17а) одна катушка характеризуется активным сопротивлением обмотки и индуктивным сопротивлением рассеяния , а другая, идеализированная – активным сопротивлением , учитывающим потери в сердечнике и индуктивным сопротивлением , обусловленным основным магнитным потоком, замыкающимся по стальному сердечнику.

а)	б)
Рис. 17

Нелинейная зависимость магнитного потока (или потокосцепления ) от тока усложняет расчеты, поэтому вводят ряд допущений, упрощающих рассмотрение явлений, когда при подаче синусоидально напряжения ток в катушке становится несинусоидальным. Обычно реальный несинусоидальный ток катушки с сердечником заменяют эквивалентным ему синусоидальным. Тогда уравнение электрического состояния реальной катушки с сердечником можно представить в комплексной форме:

.

Этому уравнению соответствует схема замещения и векторная диаграмма, представленная на рис. 17а, б.

Параметры этой схемы замещения определяются по следующим формулам: а) полное сопротивление катушки с сердечником, Ом:

,

где - приложенное напряжение, В, - ток в цепи, А;

б) общее активное сопротивление цепи, Ом:

где - электрические потери, Вт, - магнитные потери (потери в сердечнике), Вт;

в) активное сопротивление обмотки катушки, Ом:

,

(величина указана на исследуемой катушке);

г) общее реактивное сопротивление катушки с сердечником, Ом,

где - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния;

д) индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком, Ом,

,

Активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке катушки и магнитных потерь в стальном сердечнике:

.

Отсюда активная мощность, идущая на покрытие магнитных потерь, определяется уравнением:

,

а реактивная мощность рассчитывается по формуле:

.

Домашнее задание

По рекомендуемой литературе и конспекту лекций проработать общие сведения о магнитных цепях, уяснить понятие магнитного сопротивления, кривой намагничивания, понятие потокосцепления и его связь с ЭДС самоиндукции. Знать и понимать уравнение электрического состояния катушки с сердечником, влияние магнитной цепи на ток в обмотке, причины потерь в сердечнике. Уметь строить векторную диаграмму катушки с сердечником. Знать методику определения параметров схемы замещения и уяснить их физический смысл. Изучить экспериментальную электрическую схему и условные обозначения ее элементов. Повторить принципы действия используемых измерительных приборов и знать их способы включения в электрическую цепь.

Приборы и оборудование

В работе используются универсальный стенд, катушка со стальным сердечником и настольный ваттметр. Электрическая цепь собирается в соответствии со схемой на рис. 18 с помощью комплекта проводов.

План работы

1. Ознакомиться со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы: записать активное сопротивление и число витков исследуемой катушки и основные технические данные измерительных приборов.

2. Собрать цепь (рис. 18) и показать ее преподавателю. 3. Поставить ползунок автотрансформатора в положение минимального выходного напряжения.
Рис. 18

Подать напряжение на стенд включением выключателя на лабораторном стенде.

4. Произвести опыт, для чего ползунком автотрансформатора изменить напряжение на катушке от 0 до 220 В и записать 6-8 отсчетов. Данные записать в таблице 5.

Таблица 5

Измеренные величины	Вычисленные величины
U, В	I, А	Р, Вт	Фm Вб	E, В	Рэ, Вт	Рм, Вт	Iа, А	Iм, А	Z, Ом

5. На основании опытных данных вычислить полное сопротивление Z, ЭДС E, мощность электрических Рэ и магнитных Рм потерь, активную Iа и намагничивающую Iм составляющие тока I по выражениям:

, ,

где (здесь Гц, а - берется из графика, приведенного на рабочем месте).

6. Построить зависимости ; ; ; .

7. Для напряжения, заданного преподавателем, построить в масштабе векторную диаграмму катушки с сердечником. Построение начинается с вектора . Затем изображаются векторы , , , , , , направленный параллельно вектору . Для определения величины падения напряжений из конца вектора перпендикулярно вектору проводится линия до пересечения с дугой окружности радиуса и центром в точке О.

8. Для напряжения, заданного в п. 7, определить параметры схемы замещения по рис. 18а и нарисовать ее.

Контрольные вопросы

1. Где и с какой целью применяют катушки со стальным сердечником?

2. С какой целью магнитопроводы электротехнических устройств изготавливают из ферромагнитных материалов?

3. Объяснить характер изменения индуктивного и полного сопротивления катушки с сердечником.

4. Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?

5. Нарисовать и объяснить схему замещения катушки с сердечником.

6. Как определяются параметры схемы замещения и зависят ли они от подводимого напряжения?

7. Объяснить характер зависимостей ; ; ; .

Библиографический список

1. Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 2000. С.170-175, 182-194.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С.69-73, 81-86, 108-113.

3. Электротехника /Под ред. В.Г. Герасимова. М.:Высш. шк., 1985. С. 173-186, 199-213.

4. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.233-244.

5. Общая электротехника /Под ред.А.Т.Блажкина. Л.: энергоатомиздат, 1976. С.175-186, 179-201.

6. Борисов Ю.М.,Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1975.

Работа № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора;

2) изучить режимы работы и методику опытного определения основных параметров трансформаторов.

Пояснения к работе

Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты.

Основными конструктивными элементами трансформатора являются магнитопровод и обмотки. Магнитопровод служит для усиления основного магнитного потока и обеспечения магнитной связи между обмотками.

В работе рассматривается двухобмоточный силовой трансформатор. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока с напряжением , а вторичная – к потребителю. Ток , возникающий в первичной обмотке, создает переменный магнитный поток , который, сцепляясь с витками обмоток, индуцирует в них ЭДС с действующими значениями: и , где - амплитуда магнитного потока: - частота переменного тока; , - число витков обмоток.

Уравнения электрического состояния трансформатора для первичной и вторичной цепей имеют вид:

;

,

где и – активные сопротивления обмоток; и – индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.

Уравнения магнитного состояния трансформатора имеют вид:

,

где ток первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Коэффициент трансформации определяется по формуле

,

где – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода.

Домашнее задание

Изучить конструкцию и принцип действия однофазного трансформатора. Проанализировать уравнения электрического и магнитного состояний; уяснить принципы построения упрощенных векторных диаграмм и схем замещений. Выяснить назначение опытов холостого хода и короткого замыкания, а также, какие потери мощности при этом возникают и как рассчитывается КПД. Уметь объяснить внешние характеристики трансформатора. Ознакомиться с устройством и принципом действия автотрансформатора и измерительных трансформаторов.

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, где установлены лабораторный автотрансформатор и измерительные приборы, однофазный двухобмоточный трансформатор , реостат . Комплект электропроводов располагается на столе.

Дата добавления: 2015-06-27