Лабораторная работа № 9 Трехфазная цепь, соединенная звездой

Цель работы: экспериментальное исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой.

1 Общие сведения

Трехфазной цепью называется совокупность трех электрических цепей (фаз), в которых действует система трех синусоидальных э.д.с. одной и той же частоты, сдвинутых по фазе на определенный угол и создаваемых общим источником электрической энергии.

Фазы трехфазной цепи обозначаются буквами А, В, С. Если три э.д.с. е_А, е_В и е_С равны по амплитуде и сдвинуты по фазе одна относительно другой на угол 2π/3, то такую систему называют симметричной трехфазной системой Э.д.с. образуют симметричную трехфазную систему прямой последовательности.

Фазы трехфазной цепи всегда соединены (связаны). Основными видами связи являются соединения звездой и ттреугольником.

На рис. 9.1 показан способ соединения фаз трехфазного источника звездой. Напряжения U_AN, U_BN, U_CN называют фазными, напряжения U_AB, U_BC, U_CA – линейными. В симметричном источнике U_AN = U_BN = U_CN = U_ф,

U_AВ = U_BС = U_CА= U_л, причем .

На рисунке 9.1 нагрузка также соединена звездой. Напряжение U_an, U_bn, U_cn называют фазными, напряжения U_ab, U_bc, U_ca – линейными. При соединении в звезду токи I_A, I_B, I_C являются и фазными и линейными одновременно.

Рисунок 9.1 – Схема соединения фаз звездой

На рисунке 9.2 показана топографическая диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов для случая симметричной трехфазной цепи Z_A = Z_B= Z_C = R. В симметричном режиме токи I_A = I_B= I_C = I_Л=I_Ф, напряжение U_AN = U_BN = U_CN = U_ф. Ток в нейтральном проводе I_N=0, напряжение U_nN=0.

Рисунок 9.2 – Топографическая диаграмма напряжений

При несимметричной нагрузке Z_A ≠ Z_B≠ Z_C напряжение U_nN зависит от характера нагрузки и наличия нулевого провода. На рисунке 9.3 в качестве примера представлены диаграммы трехфазной цепи с 4-х проводной схемой соединения (Z_N=0), а рисунке 9.4 – с 3-х проводной схемой соединения (Z_N=∞). Нагрузка фаз резистивная.

Рисунок 9.3 – Диаграмма 4-х проводной трехфазной цепи

Для измерения активной мощности в трехпроводной схеме трехфазной цепи применяется метод двух ваттметров. Один из вариантов включения ваттметров представлен на рисунке 9.5. Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров.

P_3Ф=P_W1+P_W2

Рисунок 9.4 – Диаграмма 3-х проводной трехфазной цепи

Рисунок 9.5 – Схема включения ваттметров

2 Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе исследуют режимы работы трехфазной цепи с 4-х проводной (звезда с нейтральным проводом) и 3-х проводной (звезда без нейтрального провода) схемой соединения.

Источником симметричного трехфазного напряжения является модуль ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ(UZ1). Фазное напряжение U_ф=7В.

Измерения выполняются компьютерным измерительным комплексом. Ввод данных в компьютер выполняет модуль ВВОД-ВЫВОД.

Шунт R_ш1, R_ш2, R_ш3 и R_ш4, резисторов каналов А1, А2, А3 и А4 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ.

Трехфазную нагрузку собирают из элементов блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ, МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

4-х проводная трехфазная цепь

• Собрать схему 4-х проводной трехфазной цепи (рисунке 1П протокола измерений). Прямое следование фаз. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления R₁=R₂=R₃=100 Ом.

• Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

• Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows;

• Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление»

• Выбрать работу №9 «Трехфазная цепь, соединенная звездой (4-х проводная)».

• На экране появляются окна измерительных приборов:

U

• I1

  I2

  I3

  результат измерения фазных U_AN, U_BN, U_CN и линейных U_AВ,U_BС,U_CА напряжений;

• результаты измерения токов I_A, I_B, I_C и I_N.

• Включить выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ, тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1) и тумблер СЕТЬ модуля ВВОД-ВЫВОД.

• Используя ВХОД 1 модуля ВВОД-ВЫВОД измерить фазные напряжения U_AN, U_BN, U_CN и линейные напряжения U_AВ,U_BС,U_CА МОДУЛЯ ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ. Измеренные значения занести в протокол измерений. Проверить выполнения отношений линейных и фазных напряжений.

• Симметричный режим. Измерить токи фаз: I_A (ВХОД 2), I_A (ВХОД 3), I_C (ВХОД 4). Переключить ВХОД 4 на шунт R_ш4 и измерить ток I_N. Используя ВХОД 1 модуля ВВОД-ВЫВОД измерить фазные напряжения U_an, U_bn, U_cn. Измеренные значения напряжений, токов занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок действий применить в остальных опытах.

• Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивление R₁=150 Ом, R₂=68 Ом. Выполнить измерения, данные занести в табл. 1П. Восстановить симметричный режим.

• Обрыв фазы А. Разорвать фазу А на участке Х2 – а (I_A=0). Выполнить измерения, занести данные в табл. 1П. Восстановить цепь фазы А.

• Включения нагрузки С→n; N→с. Подключить фазу С нагрузки к точке N источника, а нулевой провод к фазе С источника. Выполнить измерения, данные занести в таблице 1П. Восстановить симметричный режим.

• Выключить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Окончить работу программы LCView. Для этого:

• Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке «Автоматическое управление».

• В появившемся списке выбрать «Закрыть».

3-х проводная трехфазная цепь

Собрать схему 3-х проводной трехфазной цепи (рис. 2П протокола измерений). Прямое следование фаз. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления R₁=R₂=R₃=100 Ом.

• Включить компьютер, дождаться окончания загрузки Windows;

• Запустить программу LCView. В центре экрана монитора появляется список лабораторных работ; справа вверху появляется надпись «Автоматическое управление»

• Выбрать работу №9 «Трехфазная цепь, соединенная звездой (3-х проводная)».

• На экране появляются окна измерительных приборов:

U

• I1

  I2

  I3

  результат измерения фазных U_AN, U_BN, U_CN и линейных U_AВ,U_BС,U_CА напряжений;

• результаты измерения токов I_A, I_B, I_C и I_N.

Р1

Р2

• результаты измерения мощности Р₁ (ваттметром W1) и мощности Р₂ (ваттметром W2).

• Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

• Включить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

• Симметричный режим. Измерить токи фаз. Поочередно подключая ВХОД 1 модуля ВВОД-ВЫВОД к фазам А, В, С и нейтрали, измерить фазные напряжения U_Аn, U_Вn, U_Сn и напряжение U_nN. Измеренные значения занести в таблице 2П. Указанный порядок действий применять в остальных режимах 3-х проводной цепи.

• И

  Р1

  змерить методом двух ваттметров 3-х фазную активную мощность. Включить ВХОД 1 модуля ВВОД-ВЫВОД на измерение линейного напряжения U_AВ (Х1 соединить с А). В окне - показания

• в

  Р2

  аттметра W1. Затем ВХОД 1 включить на измерение линейного напряжения гнездо U_СВ (Х1 соединить с С). В окне - показания

ваттметра W2. Измеренные значения занести в таблице 2П. Указанный порядок измерения мощностей применить в несимметричном режиме.

• Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивление R₁=150 Ом, R₂=68 Ом. Выполнить измерения токов, напряжений и мощностей. Измеренные значения занести в таблице 2П. Восстановить симметричный режим.

• Обрыв фазы А. Разорвать фазу А на участке Х4-а. Выполнить измерения токов и напряжений. Измеренные значения занести в таблице 2П.

• Короткое замыкание фазы А. Закоротить фазу на участке а-n. Выполнить измерения токов и напряжений. Измеренные значения занести в таблице 2П.

• Выключить тумблер SA1 модуля питания. Восстановить симметричный режим работы цепи.

Режим определения следования фаз

• Заменить сопротивление R₁ в фазе А конденсатором емкостью С=22мкФ из блока МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Включить тумблер SA1 модуля питания.

• Прямое следование фаз. Выполнить измерения фазных напряжений нагрузки. Измеренные значения занести в таблице 2П. Выключить тумблер SA1 модуля питания.

• Обратное следование фаз. Поменять местами провода фаз В и С модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ(UZ1). Включить тумблер SA1 модуля питания. Выполнить измерения фазных напряжений нагрузки. Измеренные значения занести в таблице 2П.

• Протокол измерений утвердить у преподавателя.

• Выключить тумблеры SA1 и СЕТЬ модулей ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ и ВВОД-ВЫВОД.

• Выключить выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Окончить работу программы LCView. Для этого:

• Правой кнопкой мыши «кликнуть» на ярлыке «Автоматическое управление».

• В появившемся списке выбрать «Закрыть».