Методика построения векторных диаграмм

Так как при включении приемников треугольником каждая фаза нагрузки подсоединяется на линейное напряжение генератора, а сопротивлением линии можно пренебречь, то потенциалы точек a, в, c нагрузки равны потенциалам А, В, С генератора и векторная диаграмма напряжений нагрузки совпадает с диаграммой линейных напряжений генератора (рис.2).

Рис.2 Рис.3

Векторную диаграмму токов строят совмещенной с векторной диаграммой напряжений с учетом сдвига по фазе  в зависимости от характера нагрузки в каждом приемнике (табл.1).

На рис.3 показана векторная диаграмма напряжений и токов при активной симметричной нагрузке. При неравномерной активной нагрузке фазные напряжения приемников не изменяются, а изменяются лишь величины токов I_ав , I_вс , I_ca . В этом случае I_л  I_ф и величины линейных токов можно определить по векторной диаграмме или по уравнениям (3).

При соединении приемников треугольником всякое изменение нагрузки одной из фаз или обрыва фазы вызывает изменение фазного тока и изменение линейных токов (см. формулу (3)) и не влияет на величину других фазных напряжений и токов.

Обрыв линейного провода нарушает нормальный режим работы установки: при этом приемники только одной фазы будут находиться под номинальным фазным напряжением, а приемники двух других фаз окажутся последовательно соединенными и будут питаться от того же напряжения (напряжения на них прямо пропорциональны величине полных сопротивлений). Следовательно, эти приемники окажутся под напряжением, отличающимся от номинального.

На рис.4 представлена векторная диаграмма для случая, когда нагрузка несимметричная, активная и произошел обрыв провода А (Z_ав = Z_ca).

Рис.4 Рис.5

В случае неоднородной нагрузки векторная диаграмма напряжений остается неизменной, а векторы фазных токов строят с учетом фазной нагрузки, предварительно определив угол сдвига по фазе _ф между фазным током и соответствующим фазным напряжением (рис.5). В фазе вс - активная нагрузка, в фазе ав - активно-емкостная, в фазе са - активно-индуктивная. Вектор фазного тока совпадает с вектором фазного напряжения . Вектор фазного тока есть геометрическая сумма векторов токов и в фазе aв , причем вектор тока совпадает, а вектор тока опережает на угол 90 напряжение . Вектор фазного тока есть геометрическая сумма векторов токов и в фазе са, причем вектор тока совпадает, а вектор тока отстает на угол 90 от напряжения (рис.5).

Векторы линейных токов , , строят по уравнениям (3) с учетом фазных токов.

Рис.6

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с приборами и оборудованием экспериментальной установки и записать их технические характеристики.

2. Для каждой нагрузки, указанной в табл. 3 с помощью приборов измерить напряжения, токи и мощность. Показания приборов занести в табл. 1 (п.1).

Таблица 1

№ опыта

Нагрузка

Напряжение, В

Линейный ток, А

Фазный ток, А

Активн. мощн., Вт

Результаты вычислений

Uaв

Uвс

Uса

IA

IB

IC

Iав

Iвс

Iса

Р

Рав

Рвс

Рса

Р

Р

1

Симметричная активная нагрузка

2

Несимметричн. активная нагрузка

3

Несимметричн. активная нагру- зка при обрыве динейн. пров.

4

Несимметричн. активная нагру- зка при обрыве фазы

5

Несимметричн. неоднородная нагрузка

Таблица 2

Измерено				Вычислено
Фаза aв		Фаза сa		Фаза aв	Фаза са
IR , A	IC , A	IR , A	IL , A	ав	са

Таблица 3

№ опыта (Табл.1)	Элементы фазной нагрузки (стенд СЗ-ЭТ1 )
	ZА	ZВ	ZС
1	R1	R2	R3
2	R1	R4	R5
3	R1	R4	R5
4	R1	R4	R5
5	R1	R4 + C1	R5 + L1

4. Создать несимметричную активную нагрузку. Показания приборов занести в табл. 1 (п.2).

5. Отсоединить один из линейных проводов. Не изменяя нагрузку, включить цепь, записать показания приборов в табл. 1 (п.3).

6. При несимметричной нагрузке отключить одну из фаз приемника.

Показания приборов записать в табл 1.

7. Создать неоднородную нагрузку (опыт 5).

Показания приборов записать в табл. 1 (п.5).

Затем определить токи I_R и I_C в фазе aв. При измерении тока I_R отключают конденсатор С. При измерении тока I_C отключают резистор R. Аналогично измеряют токи I_R и I_L в фазе са .

Показания приборов записать в табл. 2. Углы _ав и _ca определить из векторной диаграммы (рис.5).

8. Построить в масштабе по всем опытным данным векторные диаграммы напряжений и токов методом засечек.

9. Определить активную мощность каждой фазы приемников для всех случаев: Р_ав = U_авI_ав cos _ав ,

где _ав - угол сдвига фаз, определяется из векторной диаграммы;

Р_вс = U_всI_вс cos _вс ; Р_са = U_саI_са cos _са.

10. Определить общую активную мощность всех приемников для каждого опыта:

Р = Р_ав + Р_вс + Р_са .

11. Определить расхождение между рассчитанными данными и данными измерений: Р = Р - Р.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая трехфазная система напряжений называется симметричной?

2. Чем характерны прямая и обратная последовательности фаз напряжений?

3. Как установить порядок следования фаз напряжений в трехфазной сети?

4. Как изменить прямую последовательность фаз на обратную?

5. Как три однородных приемника соединить треугольником?

6. Какие условия определяют равномерность и однородность приемников отдельных фаз трехфазной системы?

7. Какие существуют зависимости между линейными и фазными токами трехфазной системы при соединении приемников треугольником?

8. В каких случаях фазные напряжения на зажимах приемников, соединенных треугольником, могут оказаться выше линейных напряжений?

9. Какими приборами можно измерить активную мощность приемников, которые соединены треугольником, и как их подключить?

Список литературы

1. Электротехника и электроника: учебное пособие для вузов/ В.В. Кононенко и др.Ростов н/Д: Феникс, 2008.

2. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника : учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений/ М.А. Жаворонков, А.В. Кузин.-М.: Издательский центр «Академия», 2010.

3. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учеб. Пособие.- М.: Высшая школа, 2000.

Лабораторная работа №7