Добавил:

GEN Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Финансовый университет при Правительстве РФ

Предмет:

Электротехника

Файл:

Лабораторные работы / Лабораторная работа №7

.DOC

Скачиваний:

Добавлен:

27.06.2014

Размер:

409.6 Кб

Скачать

☆

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ, СОЕДИНЕННОЙ ПО СХЕМЕ “ ЗВЕЗДА “

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1 Исследовать свойства трехфазной цепи с нагрузкой ,соединенной “звездой”, в симметричном и несимметричном режимах.

2.Оценить влияние нейтрального провода при различных режимах работы.

3.Освоить методы анализа трехфазных цепей с помощью векторных диаграмм.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Трехфазная электрическая цепь включает в себя источник и потребитель электрической энергии, соединенные проводами. Источник трехфазной электрической энергии может быть представлен в виде совокупности трех однофазных источников синусоидальных ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга по фазе на угол 120 т. е. на 1\3 периода:

e; e; e.

Трехфазный источник всегда представляет собой симметричную систему независимо от величины и характера нагрузки, так как внутреннее сопротивление источника ничтожно мало. Векторная диаграмма напряжений и токов источника для схемы на рис.1 будет иметь вид (см. рис.2).

Рис.1

Рис.2

Откуда следует:

;

При симметричной нагрузке фаз

звезда фазных напряжений также симметрична и совпадает с звездой фазных напряжений источника (пунктирная линия).

Для симметричного приемника справедливо : .

При равенстве полных сопротивлений фаз нагрузки и одинаковом характере нагрузки - симметричная нагрузка, то и токи во всех фазах будут одинаковыми и сдвинуты относительно напряжения своих фаз на одинаковый угол, образуя симметричную систему напряжений и токов (рис.2).

Нарушение симметрии трехпроводной трехфазной системы возможно в трех случаях:

а - при в условиях равенства говорят о

равномерной нагрузке;

б - при в условиях равенства говорят об

однородной нагрузке;

в - при и говорят о несимметричной нагрузке.

Принимая равными потенциалы точек, соответствующих концам обмоток фаз генератора, можно объединить их в одну точку (рис.1). Концы фаз приемников также соединяем в одну точку "". Такое соединение обмоток генератора называется соединением звездой .

Звездой можно соединять также фазы приемника. На рис.1 представлена схема связанной четырехпроводной трехфазной цепи. Точки и называются нейтральными, а провод, соединяющий точку генератора с точкой приемника, - нейтральным (или нулевым). Провода , и , соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными. Токи и - линейные токи .

Напряжения между началом и концом каждой фазы генератора называются фазными напряжениями генератора и обозначаются .

Аналогично, напряжения между началом и концом каждой фазы приемника называются фазными напряжениями приемника . За условно положительное направление ЭДС генератора принимают направление от конца к началу фазы. Положительное направление тока в фазах совпадает с положительным направлением ЭДС, а положительное направление падения напряжение на фазе приемника совпадает с положительным направлением тока в фазе. Положительным направлением напряжения на фазе генератора считается направление от начала фазы к ее концу, т. е. Противоположное положительному направлению ЭДС.

Напряжение между линейными проводами - линейные напряжения. Таким образом, имеются также три линейных напряжения - , , , условно положительное направление которых приняты от точек, соответствующих первому индексу, к точкам, соответствующим второму индексу. При соединении "звездой" линейный ток равен фазному: .

Если пренебречь падением напряжения на внутреннем сопротивлении обмоток генератора, то можно считать, что

, ,

Тогда согласно второму закону Кирхгофа

, , .

Таким образом, действующее значение линейных напряжений равно векторной разности соответствующих фазных напряжений.

При построении векторной диаграммы напряжений удобно принимать потенциалы нейтральных точек и равными нулями, т.е. совпадающими с началом координатных осей комплексной плоскости (рис.2). Таким образом, на векторной диаграмме удобно направить векторы фазных напряжений от точки к точкам и , т.е. противоположно условному положительному направлению напряжений на схемах.

Из диаграммы следует, что

Например, при В B,

а при В В.

Для нахождения вектора линейного напряжения как следует из выше приведенных зависимостей, найденных согласно второму закону Кирхгофа, необходимо к вектору напряжения прибавить вектор напряжения с противоположным знаком. После переноса вектора параллельно самому себе он соединит точки и на

векторной диаграмме фазных напряжений. Аналогично строят векторы линейных напряжений и

Векторная сумма линейных напряжений всегда равна нулю, т.е.

Вследствие равенства комплексных сопротивлений фаз приемника действующие значения токов в фазах одинаковы (I, а векторы токов направлены под углом 120друг относительно друга. Если в качестве приемников используются резисторы, векторы токов в фазах приемника совпадают по направлению с векторами фазных напряжений. Ток в нейтральном проводе, определяемый как векторная сумма фазных токов, будет равен нулю,т.к. векторы фазных токов образуют симметричную тройку векторов. Таким образом, при симметричной нагрузке надобность в нейтральном проводе отпадает.

При несимметричной нагрузке режим работы цепи будет различным в зависимости от наличия или отсутствия нейтрального провода. В четырехпроводной цепи, т.е. с нейтральным проводом обеспечивается симметрия фазных напряжений приемника вследствие их равенства фазным напряжениям генератора, следовательно

Векторы фазных токов не будут симметричными вследствие различия сопротивлений в фазах, что приводит к возникновению тока в нейтральном проводе:

Анализируя полученные результаты и векторную диаграмму, приходим к выводу: нулевой провод обеспечивает симметрию фазных напряжений

нагрузки, т.е. роль этого провода заключается в выравнивании напряжений на фазах нагрузки, несмотря на различие сопротивлений в фазах.

На практике стараются свести нагрузку к симметричной, тогда ток становится небольшим, а нейтральный провод можно выполнять более тонким.

Если при несимметричной нагрузке отключить нейтральный провод, то в полученной трехпроводной цепи нарушится равенство потенциалов нейтральных точек генератора и приемника и между ними возникнет разность потенциалов U, называемая напряжением смещения нейтрали.

Векторная диаграмма напряжений и токов для трехпроводной цепи при несимметричной нагрузке представлена на рис. 3 .

Рис.3

Положение нейтральной точки приемника на векторной топографической диаграмме может быть определено графически по экспериментальным значениям фазных напряжений приемника U Для этого из вершин треугольника ABC, образуемого векторами линейных напряжений,необходимо провести дуги радиусами, равными в выбранном масштабе фазным напряжениям приемника U Точка пересечения дуг укажет положение точки n. Векторы, соединяющие точку n с вершинами трегольника, являются векторами напряжений приемника Они связаны с фазными напряжениями генератора следующими соотношениями:

Векторы токов совпадают по фазе с напряжениями , поскольку нагрузка является активной. В соответствии с первым законом Кирхгофа .

Как следует из векторной диаграммы на рис. , действующие значения фазных напряжений в разных фазах нагрузки неодинаковы, что неблагоприятно сказывается на работе потребителей электрической энергии. По этой причине несимметричную нагрузку включают только в четырехпроводную цепь и в нейтральный провод не ставят предохранителей.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Источником питания в работе служит трехфазная четырехпроводная сеть с линейным напряжением 36 В. Выходные гнезда источника A,B,C,N расположены на центральной панели стенда, а питание на них подается включением трехполюсного выключателя В1.

В качестве нагрузки используются резисторы с регулируемой величиной сопротивления, смонтированные в правой части центральной панели на платах N8,910, а в качестве электроизмерительных приборов - многопредельные миллиамперметры Э-377 и цифровой или стрелочный электронный вольтметр.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Собрать электрическую цепь, схема которой представлена на рис. (прил.). После проверки преподавателем правильности сборки цепи подать на нее напряжение, включив тумблер В1.

2. С помощью вольтметра измерить фазные и линейные напряжения источника.

Результаты записать в табл.1(прил.).

3. Установить симметричный режим работы цепи, для чего, изменяя сопротивления переменных резисторов, добиться равенства всех токов в фазах (величину токов выбрать возможно ближе к максимальной). Ток в нейтральном проводе при этом должен быть близок к нулю.

Записать значения токов в табл.2 (прил.).

4. Измерить фазные напряжения приемника и напряжения смещения нейтрали .

ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку концы фаз приемника x , y и z соединены в общий узел, при измерении напряжений следует один провод вольтметра подключить к одному из гнезд x, y или z, а второй провод подключать поочередно к точкам a, b, c, N.