Питання для самоконтролю

1. Що таке активна, реактивна і повна потужність приймача? Як їх знайти, знаючи напругу, струм і зсув по фазі?

2. За якими правилами підсумовуються активна і реактивна потужності? Як, знаючи їх, знайти повну потужність?

3. Як позначаються одиниці вимірювання активної потужності, реактивної потужності, повної потужності?

4. Що таке коефіцієнт потужності, який його зміст? Як знайти коефіцієнт потужності знаючи: а) активну і повну потужності; б) активну і реактивну потужності; в) зсув по фазі; г) активний і реактивний опори?

5. Навіщо необхідно компенсувати реактивну потужність приймача, якщо вона все одно повністю повертається приймачем назад в електричне коло?

6. Що таке резонанс струмів, в яких колах він виникає?

7. Чому при розрахунку компенсуючих пристроїв не задаються максимально можливим коефіцієнтом потужності ?

Лабораторна робота ц-6

ДОСЛІДЖЕННЯ З'ЄДНАННЯ ОДНОФАЗНИХ ПРИЙМАЧІВ

ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ЗА СХЕМОЮ «ЗІРКА»

Ціль роботи: Експериментально вивчити співвідношення між фазними і лінійними напругами і струмами у випадках симетричних і несиметричних приймачів, з'єднаних за схемою «зірка». Ознайомитися з властивостями три- і чотиридротових трифазних кіл в нормальних і аварійних режимах.

Теоретичні відомості

Трифазна система змінного струму складається з трьох сполучених електричних кіл (фаз), в яких діють синусоїдальні напруги однакової частоти і рівних амплітуд, зсунутих один щодо одного на (на 120°), що за часом становить третину періоду. На рис. 6.1 показана електрична схема трифазного кола, в якому застосовано зв'язування фаз джерела і приймача за схемою «зірка».

У цій схемі напруги , , , що діють між початком і кінцем кожної фази, називають фазними, а напруги , , , що діють між початками фаз, називають лінійними. У відповідності з другим законом Кірхгофа:

;

; (6.1)

,

тобто діюче значення кожної лінійної напруги дорівнює векторній різниці відповідних фазних напруг. На рис. 6.2 показані вектори фазних і лінійних напруг для випадку симетричних фазних приймачів у схемі «зірка». З векторної діаграми легко встановити, що для симетричних кіл фазні напруги і лінійні напруги пов'язані наступним чином:

_. (6.2)

У замкнутій трифазній системі, коли приймачі підключені до джерела, у фазах приймачів і в дротах сполучної лінії протікають струми. Перші з них називають фазними, другі – лінійними. Якщо трифазна схема є симетричною, то фазні струми приймачів рівні, і їх вектори зсунуті один відносно одного на . Величина діючого значення кожного фазного струму визначається із закону Ома: , де – повний опір фазного приймача. Для схеми «зірка» фазні струми збігаються з лінійними: . Векторна діаграма струмів в симетричному приймачеві показана на рис. 6.3. Не важко зрозуміти, що у симетричному трифазному колі є справедливим співвідношення

. (6.3)

Дроти, що з'єднують початки фаз джерела і приймача, називаються лінійними (дроти , , на рис. 6.1). Дріт, що з'єднує нейтральні точки «зірки» джерела і «зірки» однофазних приймачів, називається нейтральним або нульовим (лінія на рис. 6.1).

В електроустановках з напругою до 1000 В найбільшого поширення для спільного живлення силових і освітлювальних навантажень отримали трифазні чотиридротові мережі (рис. 6.1). Зазвичай нейтральні точки джерела (трансформатора або генератора) і схеми приймачів наглухо заземлюються, що обумовлено вимогами електробезпеки.

При асиметрії однофазних приймачів, що часто має місце в реальних умовах експлуатації електроустановок, роль нейтрального дроту є винятковою і полягає в збереженні симетрії фазних

напруг. При асиметричному навантаженні струми в фазних колах різні як за величиною, так і за фазовими кутами зсуву, і не становлять симетричну систему. У нейтральному дроті в такому випадку тече струм , який згідно з першим законом Кірхгофа може бути визначений шляхом знаходження геометричної суми фазних струмів:

(6.4)

Приклад визначення струму нейтрального дроту для несиметричного приймача за допомогою побудови векторної діаграми показано на рис. 6.4.

Д ля живлення завідомо симетричних силових навантажень можуть застосовуватися тридротові мережі, в яких відсутній нейтральний дріт: оскільки в симетричному навантаженні, як вказувалося, _, то в нейтральному дроті струм буде відсутній, тобто нейтральний дріт в цьому випадку ніяких функцій не виконує.

Якщо ж з яких-небудь причин несиметричні приймачі, з'єднані зіркою, виявляться включеними в тридротове коло (наприклад, стався обрив нейтрального дроту), то симетрія фазних напруг порушиться, і нейтральна точка " " на векторній діаграмі зміститься з центру трикутника лінійних напруг (точки " "). В результаті між нейтральними точками джерела і приймача виникає напруга тим більша, чим більша асиметрія навантажень. Струми фаз при цьому встановляться такими, щоб їх геометрична сума стала рівною нулю. Векторна діаграма напруг на рис. 6.5 демонструє це явище, яке зветься «перекіс фаз».

П ри з'єднанні однофазних приймачів за схемою «зірка» без нейтрального дроту становлять інтерес два випадки несиметричного навантаження: обрив лінійного дроту і коротке замикання однієї фази.

У разі обриву одного лінійного дроту, наприклад, " ", дві інші фази виявляються з'єднаними послідовно по відношенню до лінійної напруги, в нашому випадку (див. рис. 6.1), внаслідок чого по колу з двох фаз тече струм

, (6.5)

де , – реактивні опори приймачів у відповідних фазах.

Величини напруг в «здорових» фазах визначаються як

Н а векторній діаграмі напруг такого кола (рис. 6.6) точка " " зміщується на лінію вектора (порівняйте з рис. 6.5). Струм в приймачі з обірваним лінійним дротом дорівнює нулю.

У разі короткого замикання однієї фази, наприклад " ", за відсутності нейтрального дроту потенціали точок

" " і " " збігаються (на векторній діаграмі напруг точка " " зміститься в точку " " - див. рис. 6.7), таким чином , а фазні напруги на «здорових» фазах приймача дорівнюватимуть лінійним:

, _,

тобто зростуть в раз. У стільки ж зростуть і величини струмів в «здорових» фазах. Незважаючи на те, що напруга замкнутої накоротко фази дорівнює нулю, струм в ній не дорівнює нулю. Для нашого прикладу його можна визначити з векторного рівняння

(6.6)