LR_TOY_M03062
.pdf
57
7.4 Порядок проведення роботи
7.4.1 Скласти електричне коло за схемою рис. 7.5. Запросити викладача для перевірки правильності складання електричного кола. Увімкнути стенд.
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
A |
I |
|
I |
a |
|
R14 |
|
|
W 1 |
A5 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
V 3 |
||
|
|
U |
|
|
S1 |
|
|
|
B |
|
|
b |
R15 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
A6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
I |
U |
I |
c |
|
R16 |
n |
C 3 − C7 |
W 2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
A7 |
|
|
|
|
|
N |
|
U |
A8 |
S2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V 4 |
|
|
|
Рисунок 7.5 – Схема досліджуваного електричного кола при з'єднанні приймачів "зіркою"
7.4.2 Виміряти за допомогою вольтметра V 3 та записати в таблицю 7.2 результати вимірів лінійних та фазних напруг генератора U AB , UBC , UCA , UA , UB , UC , які протягом дослідів залишають-
ся незмінними. Лінійна напруга на затискачах джерела живлення повинна становити 80…100 В.
Таблиця 7.2 – Лінійні та фазні напруги генератора
U AB , В UBC , В UCA , В UA , В |
UB , В |
UC , В |
7.4.3 Симетричне навантаження при наявності нейтрального проводу. Увімкнути тумблери S1 , S2 . Виміряти фазні напруги наван-
таження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , струм у нейтральному проводі I N , активні потужності P1 , P2 . Результати вимірів запи-
сати в таблицю 7.3 7.4.4 Симетричне навантаження при відсутності нейтрального про-
воду. Вимкнути тумблер S2 . Виміряти фазні напруги навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , напругу зміщення нейтралі U N , активні потужності P1 , P2 . Результати вимірів записати в таблицю 7.3.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Таблиця 7.3 – Результати дослідження трифазного кола
Режим роботи |
№ |
Тип |
|
|
|
|
Виміряно |
Розраховано |
|
|||||||
досліду |
з'єднання |
Ua, |
Ub, |
Uc, |
Ia, |
Ib, |
Ic, |
UN, |
IN, |
P1, |
P2, |
Pa, |
Pb, |
Pc, |
|
|
|
|
|
B |
B |
B |
A |
A |
A |
B |
A |
Bт |
Bт |
Bт |
Bт |
Bт |
|
Симетричний |
7.4.3 |
YN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режим |
7.4.4 |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обрив фазного |
7.4.5 |
YN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проводу "b" |
7.4.6 |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Коротке зами- |
7.4.7 |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кання у фазі "b" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Несиметричний |
7.4.8 |
YN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режим |
7.4.9 |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
59
7.4.5 Обрив фазного проводу у фазі "b" при наявності нейтрального проводу. Увімкнути тумблер S2 , вимкнути тумблер S1 . Виміряти фазні напруги навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , струм у нейтральному проводі I N , активні потужності P1 , P2 .
Результати вимірів записати в таблицю 7.3.
7.4.6 Обрив фазного проводу у фазі "b" при відсутності нейтрального проводу. Вимкнути тумблери S1 , S2 . Виміряти фазні напруги
навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , напругу зміщення нейтралі U N , активні потужності P1 , P2 . Результати вимірів
записати в таблицю 7.3.
7.4.7 Дослід короткого замикання у фазі "b". УВАГА! Цей до-
слід проводять тільки для з'єднання трипровідна "зірка". Тумблер S2 обов’язково повинен бути вимкненим. Вимкнути стенд. Уві-
мкнути тумблер S1 . Перемкнути проводом резистор R15 . Запросити
викладача для перевірки правильності складання електричного ко-
ла. Увімкнути стенд. Виміряти фазні напруги навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , напругу зміщення нейтралі U N , активні потужності P1 , P2 . Результати вимірів записати в таблицю 7.3.
7.4.8 Несиметричне навантаження при наявності нейтрального проводу. Стенд вимкнути. Замість одного з резисторів R14 , R15 , R16 за вказівкою викладача приєднати до електричного кола конденсатор C6 .Увімкнути тумблери S1 , S2 . Увімкнути стенд. Виміряти
фазні напруги навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , струм у нейтральному проводі I N , активні потужності P1 , P2 . Ре-
зультати вимірів записати в таблицю 7.3 7.4.9 Несиметричне навантаження при відсутності нейтрального
проводу. Вимкнути тумблер S2 . Виміряти фазні напруги навантаження Ua , Ub , Uc , фазні струми Ia , Ib , Ic , напругу зміщення нейтралі U N , активні потужності P1 , P2 . Результати вимірів записати в таб-
лицю 7.3.
7.4.10 Вимкнути стенд. Результати вимірювань показати викладачеві, електричне коло розібрати.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
60
7.5Обробка результатів вимірювань та оформлення звіту
7.5.1Розрахувати активні потужності у кожній фазі навантаження для кожного режиму.
7.5.2Використовуючи результати дослідів за п. 7.4.3, 7.4.4 побудувати векторну діаграму для симетричного режиму роботи.
7.5.3Використовуючи результати дослідів за п. 7.4.5, 7.4.6 побудувати векторні діаграми для режиму обрив фазного проводу у фазі "b" при наявності нейтрального проводу та його відсутності.
7.5.4Використовуючи результати дослідів за п. 7.4.7 побудувати векторні діаграми для режиму короткого замикання у фазі "b" при відсутності нейтрального проводу.
7.5.5Використовуючи результати дослідів за п. 7.4.8, 7.4.9 побудувати векторні діаграми для режиму несиметричного навантаження при наявності нейтрального проводу та його відсутності.
7.5.6Зробити висновки по роботі.
7.6Контрольні запитання
7.6.1Який режим називається симетричним.
7.6.2Довести, що алгебраїчна сума лінійних напруг симетричного генератора дорівнює нулю.
7.6.3Довести, що геометрична сума векторів лінійних струмів у симетричному режимі дорівнює нулю.
7.6.4Запишіть у комплексній формі лінійні та фазні напруги ге-
нератора.
7.6.5Чому дорівнює струм нейтрального проводу? У яких випадках він виникає?
7.6.6Назвіть та покажіть на схемі електричного кола лінійні та фазні напруги генератора.
7.6.7Назвіть переваги з'єднання чотирьохпровідна та трипрові-
дна зірка.
7.6.8Що називається напругою зміщення нейтралі? Як її вимі-
рюють?
7.6.9Коли на практиці застосовують з'єднання трипровідна зірка
,а коли чотирьохпровідна зірка?
7.6.10Як побудувати векторну діаграму для з'єднання трипровідна зірка методом зарубок?
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
61
Лабораторна робота №8
ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПРИ З'ЄДНАННІ ПРИЙМАЧІВ ЗА СХЕМОЮ "ТРИКУТНИК"
Мета роботи: дослідити трифазне коло при з'єднанні приймачів за схемою "трикутник", придбати навички аналізу трифазних кіл за допомогою векторних діаграм у різних режимах роботи електричного кола.
8.1 Короткі теоретичні відомості 8.1.1 Основні визначення
Обмотки генераторів, трансформаторів та приймачі в трифазних колах можуть з'єднатися за схемою "трикутник".
На рисунку 8.1 наведена схема трифазного кола для випадку з'єднання обмоток генератора та приймачів "трикутником".
|
A |
I A |
|
a |
|
|
|
E AB |
U AB |
Uab |
Zab |
I ab |
Ica |
ECA |
|
I B |
|
|
|
|
B |
|
|
b |
|
Zca |
|
|
|
U CA |
|
Uca |
Ibc |
|
|
EBC |
U BC |
Ubc |
Z bc |
|
|
|
|
IC |
|
|
|
|
|
C |
|
|
c |
|
|
Рисунок 8.1 – Схема трифазного кола при з'єднанні обмоток генератора та приймачів "трикутником"
Затискачі генератора позначаються великими літерами А, В, С, а затискачі навантаження малими літерами а, b, с. У випадку коли опорами лінійних проводів можна зневажати ( Z л = 0 ) лінійні напруги
генератора та навантаження дорівнюють одна одній. У трикутнику приймачів відповідні лінійні та фазні напруги теж співпадають.
Коли генератор є симетричним, в кожній його фазі діють ЕРС, які дорівнюють одна одній по амплітуді та частоті і зсунуті за фазою
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
62
на кут 120o . Фазні та лінійні напруги генератора дорівнюють одна одній.
U AB = Uлe j30o ; |
|
U BC = Uлe− j90o ; |
(8.1) |
UCA = Uлe j150o , |
|
де Uл = Uф - лінійна (фазна) напруга генератора.
Комплекси фазних струмів визначаються за законом Ома:
Iab = |
U AB |
; |
Ibc = |
U BC |
; |
I ca = |
UCA |
, |
(8.2) |
|
|
|
|||||||
|
Zab |
|
Z bc |
|
Z ca |
|
|||
де Zab , Z bc , Z ca - комплекси фазних опорів навантаження.
Комплекси лінійних струмів визначаються за першим законом Кірхгофа:
I A = I ab − Ica ; I B = Ibc − Iab ; IC = I ca − Ibc . |
(8.3) |
При з'єднанні "трикутником", так же як і у випадку з'єднання "зірка" може мати місце як симетричне, так несиметричне навантаження фаз.
8.1.2 Симетричне навантаження
Навантаження вважається симетричним, якщо комплексні опори окремих фаз приймачів дорівнюють один одному
Z ab = Z bc = Z ca = Zфe jϕф . |
(8.4) |
У цьому випадку діючи значення фазних струмів однакові
Iab = Ibc = Ica = Iф . |
(8.5) |
Векторна діаграма для випадку симетричного навантаження наведена на рисунку 8.2.
Як можна побачити з векторної діаграми лінійні струми утворюють симетричну систему.
З трикутників, які утворюють вектори фазних та лінійних струмів можна визначати
Iл = 2Iф cos 30o = 2Iф |
|
3 |
= |
|
Iф . |
(8.6) |
|
3 |
|||||||
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
63
|
|
− I bc |
|
U CA |
I ca |
|
I C |
30 |
o |
||
I B |
|
|
|
|
|
U AB |
|
|
|
|
|
− I ab 30o |
|
|
|
|
I bc |
|
I ab |
|
|
30o |
|
U BC
− I ca
I A
Рисунок 8.2 – Векторна діаграма при симетричному навантаженні Активна потужність кола при симетричному навантаженні
P = 3Uф Iф cosϕф = |
|
|
(8.7) |
3U л I л cosϕф . |
|||
8.1.3 Несиметричне навантаження
При несиметричному навантаженні у загальному випадку
Z ab ¹ Z bc ¹ Z ca .
Фазні напруги приймачів (за винятком випадку обриву лінійного проводу) створюють симетричну систему, але як фазні, так і лінійні струми вже несиметричні. Фазні струми визначаються за виразами (8.2), а лінійні – за виразами (8.3). Якщо додати праві та леві частини виразів (8.3), отримаємо
I A + I B + I C = 0 . |
(8.8) |
Векторна діаграма для випадку несиметричного навантаження наведена на рисунку 8.3.
При несиметричному навантаженні співвідношення (8.6) та (8.7) не виконуються. Активна потужність у цьому випадку визначається як алгебраїчна сума потужностей окремих фаз
P = Pab + Pbc + Pca = |
(8.9) |
|
= Uab Iab cosϕab + Ubc Ibc cosϕbc + Uca Ica cosϕca . |
||
|
Вона може бути виміряна за допомогою трьох однофазних ватметрів, що вмикнуті на відповідні фазні струми та напруги, або мето-
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
64
дом двох ватметрів (ватметри вмикаються за схемою, що наведена на рис. 8.4).
|
|
|
− Ibc |
I C |
|
U CA |
|
I ca |
|
|
|
|
||
|
|
|
ϕca |
U AB |
I B |
|
|
ϕab |
I |
|
|
|
|
ab |
− Iab |
I |
bc |
ϕbc |
|
|
|
|
|
− Ica
U BC |
I A |
Рисунок 8.3 – Векторна діаграма при несиметричному навантаженні
8.1.3 Вимірювання активної та реактивної потужностей методом двох ватметрів
Доведемо, що за показами двох ватметрів, що з'єднані за такою схемою двох ватметрів, можна визначити активну потужність навантаження. Миттєве значення активної потужності, яке вимірюють обидва ватметри
p = p1 + p2 = uABi A + uCBiC . |
|
(8.10) |
Так як |
|
|
iA = iab − ica ; iC = ica − ibc , |
|
(8.11) |
uCB = −uBC = −( uAB + uCA ) , |
|
|
|
|
|
то |
|
|
p = uAB ( iab − ica ) − ( uAB + uCA )( ica |
− ibc ) = |
(8.12) |
= uABiab + uBibc + uCAica . |
|
|
|
|
Отже, сумарна активна потужність, яку вимірюють обидва ватметри, дорівнює активній потужності всього трифазного навантаження, незалежно від того, як навантажені фази.
Цей засіб виміру носить штучний характер, тому розподіл активної потужності між показами двох ватметрів залежить у більший мірі не від розподілу навантаження, а від значення та знака кута ϕ наван-
таження.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
65
У випадку симетричного навантаження на підставі векторної діаграми (див. рис. 8.2) отримаємо
P |
= U |
AB |
I |
A |
cos(U |
AB |
I |
A |
) = U |
л |
I |
л |
cos( 30o + ϕ ); |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
P2 |
= UCB I B cos(U CB I B ) = U л I л cos(60o − 30o − ϕ ) = (8.13) |
||||||||||||
=U л I л cos( 30o − ϕ ).
Звиразів (8.13) видно, що показання ватметрів будуть рівними
при симетричному навантаженні резистивного характеру (ϕ = 0 ).При
симетричному навантаженні індуктивного характеру по мірі збільшення кута ϕ показання другого ватметра будуть збільшуватися, а
першого зменшуватися. При куті ϕ = 60o кут між U AB та I A дорів-
нює 90o , і показання першого ватметра P1 = 0 . Якщо кут ϕ переве-
ршує 60o то показання першого ватметра стають від'ємними, його стрілка буде прагнути відхилятися від "0" вліво. Для отримання відліку потрібно перемикнути кінці обмотки напруги та показання першого ватметра враховувати зі знаком "-".
У випадку симетричного навантаження за допомогою двох ватметрів, що з'єднані за схемою рис. 8.4, можна виміряти реактивну потужність навантаження. Реактивна потужність у випадку симетричного навантаження визначається за формулою
|
|
Q = 3UфIф sinϕф = |
|
|
(8.14) |
||||||||
|
|
3UлIл sinϕф . |
|||||||||||
Якщо знайти різницю показів ватметрів, то отримаємо |
|
||||||||||||
P |
− P |
= U |
л |
I |
л |
cos( 30o + ϕ ) − U |
л |
I |
л |
cos( 30o − ϕ ) = ; |
|
||
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
= UлIл(cos( 30o + ϕ ) − cos( 30o − ϕ )) = |
(8.15) |
||||||||||
|
|
= UлIл 2 sin30o sinϕ = UлIл sinϕ . |
|
||||||||||
Отже, щоб отримати значення реактивною потужність, необхідно різницю показів ватметрів помножити на 
3 .
Q = |
3 |
( P1 − P2 ). |
(8.16) |
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
66
8.2Порядок проведення підготовчої роботи
8.2.1Вивчити теоретичний матеріал і підготувати усні відповіді на контрольні запитання.
8.2.2Підготувати бланк звіту, до якого повинні входити мета роботи, схема електричного кола (рис. 8.4), таблиця 8.2 та векторна діаграма п.8.2.3.
8.2.3Побудувати якісну векторну діаграму для з'єднання "трикутник" у випадку несиметричного навантаження згідно таблиці 8.1. Вибір варіанту визначається останньою цифрою в академічному журналі групи. Значення активних та реактивних опорів вважати однаковими
Таблиця 8.1 - Характер несиметричного навантаження у фазах
Фаза |
|
|
|
|
№ варіанту |
|
|
|
|
||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
||
|
|||||||||||
ab |
ХС |
R |
R |
ХС |
XL |
XL |
ХС |
ХС |
R |
R |
|
bc |
ХС |
ХС |
R |
R |
XL |
ХС |
XL |
XL |
ХС |
XL |
|
ca |
R |
XL |
ХС |
XL |
ХС |
R |
R |
ХС |
XL |
R |
|
8.3 Опис лабораторної установки
Для виконання лабораторної роботи на стенді використовуються:
-трифазне джерело синусоїдної напруги (затискачі А, В, С);
-постійні резистори R14 , R15 , R16 ;
-вольтметр електромагнітної системи V 3 ;
-амперметри електромагнітної системи A5 , A6 , A7 , A8 , A9 , A10 ;
-ватметри електродинамічної системи W 1 , W 2 ;
-конденсатори C 3 − C7 ;
-тумблери S1 , S2 .
8.4Порядок проведення роботи
8.4.1Скласти електричне коло за схемою рис. 8.4. Запросити викладача для перевірки правильності складання електричного кола. Увімкнути стенд.
8.4.2Симетричне навантаження. Увімкнути тумблери S1 , S2 .
Виміряти фазні напруги навантаження Uab , Ubc , Uca , фазні струми
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com