Трёхфазная цепь

Цель работы:

1) знакомство с трёхфазной цепью;

2) изучение режимов работы трёхфазной цепи при соединении фаз нагрузки звездой;

3) расчёты и измерения токов и напряжений в фазах нагрузки при различных вариантах;

4) получение навыков построения векторных диаграмм в трёхфазных цепях.

Содержание:

1. элементы теории трёхфазных цепей.

1.1. Понятие трёхфазной цепи.

1.2. Получение трёхфазной системы ЭДС.

1.3. Соединения генератора с нагрузкой.

1.4. Нарушения в нулевом проводе.

1.5. Соединение фаз нагрузки звездой без нулевого провода.

1.6. Выпрямление трёхфазного напряжения.

2. лабораторная установка.

3. программа измерений.

3.1. Предварительные измерения.

3.2. Симметричная нагрузка.

3.3. Несимметричные нагрузки.

3.4. Обрыв нулевого провода.

3.5. Измерение параметров пульсирующего напряжения.

4. обработка и представление результатов.

Контрольные вопросы и задания.

литература.

Теория трёхфазных цепей была создана в конце 19 века русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским. Он же разработал и все звенья этой системы: генераторы, трансформаторы, линии передачи, электродвигатели. Преимущества трёхфазной системы заключаются в следующем: 1) экономная передача электроэнергии на большие расстояния; 2) превосходное качество трёхфазных двигателей. Сейчас почти вся электроэнергия в мире вырабатывается трёхфазными генераторами, передаётся по трёхфазным ЛЭП и основная её доля используется в трёхфазных приёмниках.

1. Элементы теоРии трёхфазных цепей

1.1. Понятие трёхфазной цепи

Трёхфазная цепь –.это система трёх цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120°=2π/3, т.е на треть периода. Эта система трёх ЭДС создаётся единым трёхфазным генератором. Каждая из трёх частей трёхфазной цепи называется фазой. Фаза цепи включает в себя одну обмотку генератора (фазу генератора), фазу ЛЭП (линии электропередачи) и фазу нагрузки. Таким образом, термин фаза здесь имеет два значения – как аргумент синуса и как материальная часть цепи.

1.2. Получение трёхфазной системы эдс

Простейший трёхфазный генератор состоит из трёх одинаковых обмоток, скреплённых между собой под углами 120° и вращающихся в однородном магнитном поле В с угловой скоростью ω (рис. 1). Это – фазные обмотки, или фазы генератора. Их обозначают буквами А, В, С, или же цифрами 1, 2, 3. В настоящей работе используется цифровое обозначение фаз.

В промышленных трёхфазных генераторах фазные обмотки являются неподвижными и размещаются под углами 120° в пазах статора, как показано на рис. 2. а вращающееся магнитное поле создаётся обмоткой возбуждения, уложенной в пазах ротора и питаемой от отдельного генератора постоянного напряжения. Ротор вращается каким-либо двигателем, например, гидро- или паротурбиной.

Из рис. 1 или 2 видно, что если при равномерном вращении ротора с угловой скоростью ω ЭДС фазы 1 е₁=Е_m sin t, то ЭДС фазы 2, отстающая от неё на 120°, е₂=Е_m sin (t− π), а ЭДС е₃=Е_msin(t− π)=Е_msin (t+ π). Мгновенные значения фазных ЭДС показаны на рис. 3, а.

а б

Рис. 3. Трёхфазная система ЭДС (а) и её векторная диаграмма (б)

Обозначения. В данной работе приняты следующие обозначения синусоидальных величин:

1) e, u, i − мгновенные значения ЭДС, напряжения, тока;

2) E_m , U_m , I_m − амплитудные значения ЭДС, напряжения, тока;

3) E =E_m / , U=U_m / , I=I_m / − эффективные ЭДС, напряжение, ток;

4) , , − эффективные (действующие) комплексы ЭДС, напряжения, тока, которые для краткости будем называть просто ЭДС, напряжением, током. На комплексной плоскости они изображаются соответствующими векторами.

Трёхфазную систему ЭДС можно изобразить на комплексной плоскости векторной диаграммой. В качестве базового удобно взять вектор Ė₁, направив его вертикально вверх. Тогда векторы Ė₂ и Ė₃ будут расположены симметрично относительно него под углами ±120°, как показано на рис.3,б.