2.6 Лабораторна робота № 6

Дослідження кола трифазного струму (з’єднання навантаження зіркою).

Мета роботи.

1. Визначити дослідним шляхом залежності між лінійними і фазними напругами і струмами при симетричному навантаженні.

2. Перевірити баланс потужностей в трифазному колі.

3. Виявити роль нейтрального проходу при несиметричному навантаженні.

Основні теоретичні положення.

У колах трифазного струму застосовуються два основних способи з’єднання фаз джерел і приймачів електричної енергії: з’єднання зіркою ( ) і з’єднання трикутником ( ). Кожна фазна обмотка джерела енергії або фаза навантаження має два затискачі - початок “Н” і кінець “К”. При з’єднанні фаз зіркою (рис. 2.6.1) однойменні затискачі, наприклад, кінці K₁, K₂, K₃, об’єднують в один вузол 0, який називається нульовою або нейтральною точкою.

Розрізняють симетричний і несиметричний режими роботи трифазного кола. При симетричному режимі комплексні опори фаз приймача однакові.

При з’єднанні навантаження зіркою її фазні і лінійні струми однакові. Модулі лінійних напруг при симетричному навантаженні зв’язані з фазними наступним співвідношенням

.

Вектори лінійних напруг повернені щодо фазних на 30°, наприклад На рис. 1 прийняті позначення: - фазні е.р.с. джерела; - фазні напруги джерела; - фазні напруги навантаження; лінійні напруги джерела; - лінійні напруги на затискачах приймача електроенергії; - лінійні струми; - фазні струми навантаження; - опір лінійного провідника; - опір нульового провідника; 0-0 - нейтральні точки джерела і приймача.

З’єднання навантаження зіркою можливе з виведеною нейтральною точкою і без неї. Перший спосіб застосовується при неоднаковому навантаженні у фазах приймача (несиметричний режим). На рис. 2.6.2, а показана векторна діаграма лінійних і фазних напруг і струмів для симетричного режиму навантаження індуктивного характеру (прийнято і т.д.).

Рис. 2.6.1. З’єднання фаз зіркою

.

Рис. 2.6.2. Векторні діаграми лінійних і фазних напруг і струмів для симетричного (а) і несиметричного (б) режимів навантаження індуктивного характеру

Примітка. 1). Звичайно фазну напругу приймають без початкової фази і направляють по осі дійсних чисел. 2). Вісь дійсних чисел розташовують вертикально.

Потужність у колі трифазного струму при симетричному режимі визначається за формулою

Для вимірювання потужності в трипровідному колі найбільш поширений метод двох ватметрів (рис. 2.6.3). Активна потужність, споживана навантаженням, рівна сумі показів двох ватметрів, а реактивна - різниці показів, помноженої на . За показами ватметрів можна визначити кут зсуву фаз між напругою і струмом за формулою

де P₁ і P₂ - свідчення ватметрів.

У чотирьох дротяний системі потужність вимірюється за допомогою трьох ватметрів (рис. 2.6.4). Коефіцієнт потужності в кожній фазі обчислюється окремо, наприклад, у фазі А

.

При несиметричному навантаженні відбувається зсув нейтралі на векторній діаграмі з її нормального положення в центрі трикутника лінійних напруг. Відповідно до цього змінюються фазні напруги навантаження.

На рис. 2.6.2, б по побудована векторна діаграма струмів і напруг для несиметричного режиму кола з нейтральним дротом і навантаженням індуктивного характеру.

Побудова діаграми проводиться у наступній послідовності:

I. Відкладаються вектори фазних напруг мережі: . Модулі векторів можна обчислити по зміряній лінійній напрузі.

2. Відкладається вектор зсуву нейтралі _.Точка , в яку зміщується нейтраль, будується за допомогою насічок, користуючись значеннями напруг на навантаженні . Для цього з кінця вектора проводиться дуга радіусом , з кінця вектора - дуга радіусом , з кінця вектора - дуга радіусом . Точка перетину цих дуг дає точку .

3. Будуються вектори фазних напруг на навантаженні і вектори лінійних напруг _.

4. Відкладаються вектори струмів, повернені щодо відповідних фазних напруг на кути . Кути знаходяться за формулами

5. Геометричним складанням струмів у фазах знаходиться струм у нейтральному дроті .

Контрольні запитання.

1). У чому полягає перевага кіл трифазного струму перед колами однофазного струму ?

2). Що означають симетричний і несиметричний режими роботи трифазного кола ?

3). Вказати області застосування з’єднання зіркою без нуля і з нулем.

4). Який порядок побудови векторної діаграми струмів і напруг у трифазному колі при з’єднанні навантаження зіркою ?

5). У якому співвідношенні знаходяться лінійні і фазні струми і напруги при симетричному навантаженні, з’єднаному зіркою ?

6). Які відомі способи вимірювання потужності в трифазних колах ?

7). Як визначити коефіцієнт потужності трифазного симетричного навантаження за показами 2-х ватметрів ?

8). Як визначити потужність трифазного навантаження (активну, реактивну і повну), якщо відомі струми, напруги, кути зсуву фаз ?

9). Як визначити коефіцієнти потужності фаз навантаження при несиметричному режимі ?

10). Як зміниться потужність трифазного несиметричного навантаження при обриві нейтрального дроту?

Порядок виконання роботи.

1). Ознайомитися з робочим місцем. Вивчити характеристики використовуваних приладів

2). Зібрати схему з’єднання навантаження зіркою (рис. 2.6.3) при симетричному режимі. Як навантаження взяти однакові котушки індуктивності.

3). Подати напругу 38 В і записати свідчення амперметрів, ватметрів і виміряти напруги відповідно до табл. 2.6.1.

4). Приєднати нейтральний дріт і переконатися, що струм в ньому близький до нуля. Записати значення струму.

5). Зібрати схему з’єднання приймачів зіркою з нейтральним дротом при неоднакових комплексних опорах фаз (рис. 2.6.4) (включити у фазу А додатковий резистор, зберігши котушки індуктивності колишніми, перемкнути ватметри, додавши третій у фазу С).

6). Виміряти струми, напруги і потужності відповідно до таблиці 2.6.2.

7 ). Від’єднати нейтральний дріт від і повторити вимірювання згідно табл. 2.6.2.

Рис. 2.6.3. Схема для дослідження симетричного режиму

Рис. 2.6.4. Схема для дослідження несиметричного режиму

Обробка результатів дослідів.

1). За даними табл. 2.6.1 обчислити необхідні величини і побудувати в масштабі векторну діаграму струмів і напруг. Потужність навантаження рахують по струму, напрузі і .

2). Перевірити співвідношення між лінійними і фазними напругами і струмами при симетричному режимі.

3). Перевірити точність вимірювання потужності (активної і реактивної) методом двох ватметрів.

4). За даними табл. 2.6.2 обчислити необхідні величини і побудувати векторну діаграму струмів і напруг для кола з нейтральним дротом.

5). Поясніть роль нейтрального дроту при несиметричному навантаженні.

Обчислено	Qн	вар
	Pн	Вт
	cosФ	-
	tgФ	-
Виміряно	IN	А
	P2	Вт
	P1	Вт
	IC	А
	IB	А
	IA	А
	Uc	В
	Ub	В
	Ua	В
	UCA	В
	UBC	В
	UAB	В
Режим			Симетричний

Обчислено	Фс	гр
	cosФс
	Фв	гр
	cosФв
	Фа	гр
	cosФа
	Робщ	Вт
Виміряно	P3	Вт
	P2	Вт
	P1	Вт
	IC	А
	IB	А
	IA	А
	Uc	В
	Ub	В
	Ua	В
	UCA	В
	UBC	В
	UAB	В
Режим			Симетричний		Несиметричний