M02371
.pdf
51
циркуля. Будування починається з векторів фазних напруг на генераторі (рис 6.4, а) UA, UB, UC. Потім з кінців цих векторів як із центрів, проводять кола радіусами, які в обранім масштабі дорівнюють фазним напругам на споживачах UA, UB, UC. Місце перетину трьох кіл
це й є нейтральна точка споживача n , тобто місце кінця вектора UnN . Напруги на споживачах є геометричними різницями між векторами UA,
UB, |
UC |
і |
UnN |
відповідно. |
Рисунок 6.4 - Векторні діаграми напруг (а) та струмів (б) для
несиметричної три провідної зірки Очевидно, що напруги на споживачах не тільки не являють
собою симетричної системи, але й уявляються взаємно залежними. Такий перекіс фаз є основним недоліком трипровідної зірки. З цієї причини несиметричне навантаження ніколи не підмикається зіркою без нейтрального проводу.
Вектори фазних струмів I A , I B , IC відкладаються з точки n як із
початку координат (рис.6.4.,б).При цьому кути зсуву фаз між фазними струмами і напругами на споживачі визначаються за формулою (6.3), для кожної фази окремо. Векторна діаграма. побудована для випадку, коли фаза "а" має чисто резистивне навантаження (φа = 0), фаза "в" - резистивно-індуктивне(φв>0),фаза "с" - резистивно-ємнісне (φс<0). Якщо діаграма будується по даним розрахунків, то комплекси фазних струмів містять кути відносно дійсної осі. У всякому разі повинна
виконуватись рівність: I A + I B + IC = 0 .
6.1.5. Обрив фаз в три провідній зірці
Окремим випадком несиметричного навантаження є обрив фазного проводу симетричного споживача. Як приклад роздивимось
52
обрив фази а при резистивно-індуктивнім навантаженні. Можна вважати, що Za = ∞ , а. фази споживача, із імпедансами
Zb = Zc = Zeiϕ , поєднані між собою послідовно і знаходяться під дією
однофазної лінійної напруги U BC = U Л e− j90 (рис.6.5 а). Незважаючи на
те, що трифазне коло перетворюється на однофазне, умовні позитивні напрямки струмів і напруг прийнято залишати незмінними. Напруга
зміщення нейтралі при Ya=0: U nN = |
U B + UC |
, нейтральна точка n, |
||
|
||||
|
|
2 |
|
|
лежить посередині напруги Uвс, оскільки |
Zb = Zc (рис.6.5 б). Фазні |
|||
напруги на споживачах Ub =U c= Uφ |
3 / 2 = 0,86Uφ Це |
можна |
||
довести, наприклад із прямокутного трикутника. Відповідно у |
3 / 2 |
|||
рази зменшаться і струми. Фактично в колі один струм Ів=–Іс зсунутий відносно напруги Uвс на кут ϕ = arctg XR .
Рисунок 6.5 - Заступна схема (а) і векторна діаграма (б) режиму обриву фази «а» три провідної зірки
6.1.6 Коротке замикання фази споживача в три провідній зірці
На відміну віл кола із нейтральним проводом такий рижим не спричиняє аварії джерела, бо не відбувається багаторазового зростання
53
струму. Переконаємося в цьому з векторної діаграми для короткого замикання фази «а» резистивно-індуктивного споживача (рис. 6.6.,а).
Рисунок 6.6 - Заступна схема (а) і векторна діаграма (б) режиму короткого замикання фази «а» три провідної зірки
При відсутності опору проводів Za=0 і Ua= 0 нейтральна точка споживача n співпадає із точкою А генератора. З схеми, а також з її
векторної діаграми (рис.6.б, б) видно, що U nN = U A . Цей результат
54
можна було б получити аналітично, якщо розкрити невизначеність
U nN = ∞∞ .
Фазні напруги на споживачах: Ub = −U AB ;Uc =UCA .
Їх діючі значення дорівнюють лінійним напругам, тобто зросли
у порівнянні із нормальним режимом у
3 разів. Відповідно зросли і фазні струми, але природньо, що кути фазних зсувів відносно напруг не змінилися. Струм в закороченій фазі знайдемо за першим законом Кірхгофа: Ia = −(Ib + Ic ) . З аналізу векторної діаграми легко довести,
що він більший за струми Іb і Iс в 
3 разів, тобто зріс у три рази порівняно із нормальним, режимом.
6.1.7. Особливості роботи чотири провідної зірки
Завдяки нейтральному проводу (Y N = ∞) напруга зміщення нейтралі UnN відсутня. Напруги на фазах споживачів незалежні одна
від одної, утворюють симетричну систему і за умови відсутності опору проводів дорівнюють відповідним напругам на генераторі. Це
відбувається |
за |
рахунок того, що струм нейтрального дроту |
|||
I N = I A + I B + IC |
зрівнює |
потенціали |
нейтральних |
точок |
|
навантаження |
n і генератора N . |
Обрив нейтрального проводу веде до |
|||
"перекосу" фаз, тому в нього не вмикають запобіжників.
При симетричному навантаженні струм у нейтральнім проводі відсутній, бо I A + I B + IC = 0 (див. рис.6.3). Тому необхідність в
ньому відпадає.
Коротке замикання в колі із нейтральним проводом - це режим, небезпечний для генератора, оскільки замикається на коротко фаза генератора і струм в ній обмежений тільки внутрішнім опором джерела та опором проводів.
6.1.8. Потужність трифазних кіл
Для несиметричного навантаження комплексів повна потужність всього кола:
S = P + jQ = Sa + Sb + Sc = (Pa + Pb + Pc) + j(Qa + Qb + Qc), де
55
Pa, Pb, Pc, Р- активні потужності окремих фаз і всього кола; Qa,Qb,Qc,Q - реактивні потужності окремих фаз і всього кола;
Sa, Sb, Sc, S - комплексні повні потужності окремих фаз і всього кола.
Модуль повної потужності трифазного кола S = |
P2 + Q2 |
||
Комплексна |
потужність |
окремої |
фази |
Sφ = Pφ + jQφ , Pφ = Uφ IφCosϕ,Qφ = Uφ Iφ Sinϕ .
Для симетричного навантаження потужність всієї схеми дорівнює потужності однієї фази: S=3Sф. Її можна виразити через
лінійні напругу і струм S = 
3U Л І .
6.2. Опис лабораторної установки
Для проведення лабораторної роботи на стенді є:
-джерело трифазної напруги і з нейтральною точкою (гнізда А,В,С,N);
-прилади змінного струму: V1, А1, А3, А5, А6;
-резистори змінного опору R1 та R2 (тумблери S1.1…S1.4 S2.1…S2.4);
-резистор постійного опору R3;
-конденсатор змінної ємності (тумблери S3.1…S3.4)
6.3.Робоче завдання
6.3.1Скласти коло за схемою 6.7., вимикнути всі тумблери. З дозволу викладача увімкнути стенд і виміряти лінійні та фазні напруги на генераторі. Результати записати в табл. 6.1.
56
Рисунок 6.7 - Принципова схема трифазного кола із сполученням споживачів зіркою
Таблиця 6.1.– Дані досліду
Напруги, виміряні на генераторі, В
|
фазні |
|
|
лінійні |
|
U A |
U B |
UC |
U AB |
U BC |
UCA |
|
|
|
|
|
|
6.3.2 Дослідити трифазне коло при сполученні споживачів зіркого у всіх режимах, вказаних в табл.6.2. В кожнім режимі (крім короткого замикання) дослідити два випадки: при наявності і при відсутності нейтрального проводу. Для здійснення переходу від чотири провідного до три провідного кола, треба забирати із кола дріт, що з'єднує амперметр А6 і нейтральну точку генератораN .
У всіх дослідах необхідно вимірювати фазні напруги і струми на споживачах, напругу зміщення нейтралі або струм нейтрального проводу. Результати записувати в табл.6.2. Треба мати на увазі, що після з’єднання між собою точок «х», «у», «z» кожна з них може вважатись за нейтральну точку навантаження n. Таким ж є і затискачі амперметру А6.
Увага! Всі перемикання проводів (окрім тих, що ведуть від вольтметра} треба здійснювати при вимкнутим стенді .
57
6.3.2.1.Симетричний режим установлюється тумблерами S1.1...S1.4, та S 2.1...S 2.4 так, щоб покази амперметрів АІ, АЗ, A5 були однакові. Положення цих тумблерів треба залишати незмінним до закінчення всіх дослідів.
6.3.2.2.Обрив фази "b" споживача здійснюється шляхом відмикання проводу, що з'єднує точку "у" із нейтральною точкою навантаження. Напругу Ub треба вимірювати між точкою "b" і нейтральною тачкою, наприклад, "x" або "z",
6.3.2.3.Коротке замикання фази " b" споживача проводиться тільки без нейтрального проводу. Треба дріт, що веде від АЗ, підмикнути безпосередньо в точку " y" або "x", обминаючи резистор
R2.
6.3.2.4Конденсатор в фазу "b" треба підмикнути замість
резистора R2 і встановити тумблерами S3.1... S3.4 |
|
деяке значення |
||||||||||||
струму в амперметрі АЗ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6.3.3. По закінченні всіх вимірювань стенд вимикнути. |
|
|
||||||||||||
Таблиця 6.2 – Дані досліду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Назва |
Чи є |
|
Виміряно на споживачі |
|
|
Обчислено |
||||||||
нейтра |
U |
Ub |
|
Uc |
U nN |
Ia |
Ib |
Ic |
IN |
|
P |
Q |
S |
|
режиму |
льний |
a |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
роботи |
дріт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
В |
|
В |
В |
А |
А |
А |
А |
|
Вт |
Вар |
ВА |
||
|
|
|
|
|||||||||||
Симетричне |
так |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
навантажен |
ні |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ня |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
так |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обрив фази |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
“b” |
ні |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К.з. фази |
ні |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
“b” |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
так |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Конденсато |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р в фазі “b” |
ні |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.4 Обробка результатів вимірювань і оформлення звіту
6.4.1. Для всіх дослідів в масштабі побудувати векторні діаграми струмів та напруг. Струм нейтрального проводу і напругу
58
зміщення нейтралі знайти графічно і порівняти результат із даними вимірювань. Для симетричного режиму можна побудувати одну діаграму.(Діаграму останнього випадку будувати за. допомогою циркуля).
6.4.2Обчислити активну, реактивну і повну потужності трифазного кола. Результати записати в табл.6.2
6.4.3З аналізу векторних діаграм зробити письмовий висновок про роль нейтрального проводу в роботі трифазного кола.
6.5.Контрольні запитання
6.5.1.Дайте визначення трифазного кола, трифазної е.р.с, фази.
6.5.2.Які переваги трифазних кіл перед однофазними?
6.5.3.Яке буває навантаження трифазних кіл?
6.5.4 Як підмикнути фази зіркою і які переваги такого сполучення перед трикутником?
6.5.5. Дайте визначення лінійним та фазним струмам і напругам. 6.5.6 Доведіть співвідношення між лінійними і фазними
напругами на джерелі.
6.5.7. Що ви знаєте про напругу зміщення нейтралі? В яких випадках вона відсутня?
6.5.8.Що таке перекіс фаз? Поясніть, як він виникав і як його
уникнути.
6.5.9.Яка роль нейтрального проводу?
6.5.10.Поясніть роботу трифазного кола при обриві та короткому замиканні однієї з фаз споживача.
6.5.11.Як обчислити потужність в трифазному колі?
6.5.12.Поясніть, як будувати векторні діаграми для всіх режимів, що вказані в табл.6.2.
6.5.13.Назвіть всі величини, що вказані в табл.6.2. Як їх виміряти та обчислити?
59
Лабораторна робота №7 ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО КОЛА ІЗ СПОЛУЧЕННЯМ СПОЖИВАЧІВ ТРИКУТНИКОМ
Мета роботи: дослідити співвідношення між лінійними і фазними струмами і напругами у трифазному колі із симетричним і несиметричним навантаженням при його сполученні трикутником; придбати навички аналізу таких трифазних кіл за допомогою векторних діаграм.
7.1Короткі теоретичні відомості
7.1.1Основні визначення
На рис 7.1. Зображене трифазне коло, в якому фази навантаження сполучені трикутником.
Рисунок 7.1- Заступна схема трифазного кола із сполученням фаз трикутником
На рис 7.1 прийняті такі позначення:
U A ,U B ,UC |
– фазні напруги джерела; |
U AB ,U BC ,UCA – лінійні напруги джерела |
|
I A , I B , IC |
– лінійні струми |
U ab ,Ubc ,U ca |
– фазні напруги споживача |
Iab , Ibc , Ica |
- фазні струми споживача |
Zab , Zbc , Zca |
– комплексні імпеданси фаз споживача |
В кожній фазі генератора діють е.р.с, що дорівнюють одна одній за модулем і частотою і зсунуті за. фазою на кут 120˚ одна відносно
60
одної. Лінійні напруги на генераторі теж зсунуті одна відносно одної на кут 120˚.
U AB =U A −U B =Uφ −Uφ e− j120 = 
3Uφ e j30 =U Л e j30
U BC =U B −UC =Uφe− j120 −Uφ e j120 = 
3Uφe− j90 =U Л e− j90 (7.1) UCA =UC −U A =Uφe j120 −Uφ = 
3Uφe j150 =U Л e− j150
7.1.2 Основні співвідношення
При сполученні споживачів трикутником фазні напруги навантаження дорівнюють лінійним: Uфн =U лн і без урахування опору
проводів дорівнюють відповідним |
лінійним напругам на |
||||||||
генераторі:U ab =U AB ; Ubc =U BC ; Uca =UCA . |
Фазні |
струми |
|||||||
визначаються за законом Ома: |
|
|
|
|
|
|
|
||
Iab = |
U ab |
; Ibc = |
Ubc |
|
; Ica = |
Uca |
; |
|
|
|
Zbc |
|
|
|
|||||
|
Zab |
|
Zca |
|
|
||||
Лінійні струми можуть бути визначені за першим законом Кірхгофа для вузлів а,b,c на основі фазних:
I A = Iab − Ica
I B |
= Ibc − Iab |
(7.2) |
IC |
= Ica − Ibc |
|
При симетричному навантаженні ( Zab = Zbc = Zca ) сили фазних струмів однаковіIab = Ibc = Ica = Iф , а сила лінійних струмів більша за
силу фазних у |
3 разів: I Л = 3Iф . Це можна довести із векторної |
діаграми рис.7.2.а. На ній лінійні струми зображені як вектори, що з`єднають кінці векторів фазних струмів (бо дорівнюють їх різниці) і утворюють рівнобічний трикутник.
При несиметричному навантаженні ( Zab ≠ Zbc = Zca ) сили
фазних струмів нерівні і лінійні струми знаходять за формулами (7.2). Векторна діаграма рис.7.2.б побудована для випадку, коли в фазу «са»
увімкнуто конденсатор, а в дві інші неоднакові резистори. Струм Ica випереджає фазну напругу Uca на 90˚, а струми Iab та Ibc співпадають