Кафедра теоретической электротехники и электрических машин лаборатория теоретической электротехники руководство к лабораторной работе № 113 «исследование трехфазной нессиметричной цепи»

Программа работы.

1. Определение порядка следования фаз в трехфазной цепи.

2. Подбор элементов для симметричного трехфазного приемника.

3. Исследование трехфазной несимметричной цепи при различных значениях полного сопротивления одной из фаз.

4. Построение по данным опыта диаграммы перемещения нейтральной точки приемника.

5. Расчет экспериментальных режимов трехфазной цепи по параметрам отдельных фаз приемника и системе линейных напряжений и сравнение данных расчета с экспериментальными данными.

6. Составление отчета.

Цель работы.

Работа имеет целью ознакомить студентов с характерными явлениями в трехфазных цепях при ненормальной нагрузке фаз, методами измерений в трехфазных цепях, а также с определением порядка следования фаз трехфазной системы.

Основные теоретические положения.

Если симметричный трехфазный приемник, соединенный звездой, питается от трехпроводной трехфазной сети с симметричной системой линейных напряжений, то система токов приемника и система фазных напряжений на его зажимах также получаются симметричными и нейтральная точка приемника располагается на топографической векторной диаграмме в центре тяжести треугольника линейных напряжений (точка N на рис.1).

Если же приемник несимметричный, то в этом случае система фазных напряжений на нагрузке искажается и нейтральная точка нагрузки на векторной диаграмме перемещается из центра тяжести треугольника линейных напряжений в ту или иную сторону в зависимости от соотношения сопротивлений фаз приемника (точка на рис.2).

При этом, между нейтральной точкой N генератора, расположенной на диаграмме в центре треугольника линейных напряжений и нейтральной точкой приемника будет существовать напряжение, называемое смещением нейтрали.

Остановимся на расчете токов и напряжений в рассматриваемом несимметричном трехфазном приемнике при питании его от сети с симметричной системой линейных напряжений , , .

Для узла рис.3 по первому закону Кирхгофа имеем:

,

а так как

, , ,

то

(1).

Из топографической диаграммы, приведенной на рис.2, имеем:

, .

Подставив эти значения напряжений на фазах нагрузки в написанное выше равенство (1), после перегруппировки членов получим:

,

(2).

Аналогичным путем или с помощью круговой перестановки индексов нетрудно найти:

	(3)
	(4).

Последние выражения позволяют по заданным линейным напряжениям сети определить фазные напряжения нагрузки, если известны проводимости каждой фазы. После этого легко найти и токи приемника.

Применим эти выводы к объяснению работы схемы, служащей для определения порядка следования фаз трехфазной сети и состоящей из двух ламп накаливания и конденсатора (рис.4), подбираемых так, чтобы модули их проводимостей были одинаковыми, то есть: ; .

Найдем отношение напряжения на зажимах лампы, включенной в фазу B, к напряжению на зажимах лампы, включенной в фазу C.

Принимаем: , , .

Тогда по формулам (3) и(4) имеем:

;

Отношение комплексов напряжений на лампах, включенных в фазы B и C:

.

Модуль этого отношения как отношение модулей числителя и знаменателя, то есть

Таким образом, напряжение на зажимах лампы, включенной в фазу B, будет в 3,73 раза больше, чем напряжение на зажимах лампы, включенной в фазу C, то есть лампа, включенная в фазу B, будет ярко светиться, а лампа, включенная в фазу C, будет едва накалена.

Практические указания к выполнению работы.

1. Перед началом работы следует определить порядок следования фаз на питающем щитке с помощью схемы с двумя лампами накаливания и конденсатором, по схеме рис.4.

2. В качестве нагрузки трехфазной цепи используются катушки, имеющиеся на лабораторном стенде.

Перед сборкой схемы следует предварительно проверить симметричность фаз приемника, то есть равенство индуктивностей катушек, входящих в различные фазы, и равенство их активных сопротивлений. Используемые в лаборатории катушки имеют примерно равные индуктивности и активные сопротивления. В случае значительного различия активных сопротивлений катушек, необходимо произвести их выравнивание путем последовательного присоединения к катушке (катушкам) реостатов и последующей их подгонки.

После симметрирования нагрузки записать параметры нерегулируемых фаз, что необходимо для дальнейших расчетов и построения векторных диаграмм.

3. Для исследования трехфазной цепи собирают схему, представленную на рис.5. несимметрия приемника в этой схеме достигается шунтированием одной (третьей) фазы приемника реостатом R.

Измерение линейных напряжений производится вольтметром перед присоединением схемы.

Все элементы схемы должны быть рассчитаны на ток до 3 А и на напряжение до 220 В.

Исследование цепи начинают при симметричном приемнике, для чего размыкают ветвь реостата, шунтирующего регулируемую фазу.

Замыкая затем эту ветвь и постепенно выводя сопротивление реостата устанавливают 6 – 7 режимов цепи, включая режим короткого замыкания и обрыв третьей фазы. Для каждого режима записывают значения всех фазных напряжений, токов и показания ваттметра.

4. По данным опыта для всех точек необходимо построить векторные диаграммы напряжений (аналогичные рис.2), совместив их все на одном чертеже. В результате мы получим диаграмму перемещения нейтральной точки приемника при шунтировании одной из фаз вплоть до короткого замыкания.

5. Для одной из экспериментальных точек (по указанию преподавателя) следует выполнить теоретический расчет режима, исходя из значений проводимостей , , каждой фазы приемника и построить векторную диаграмму напряжений и токов (рис.7).

Результаты расчета следует внести в таблицу для возможности их сравнения с экспериментальными данными.

Примечание: в случае незначительного отличия линейных напряжений сети друг от друга расчет выполнить, полагая систему линейных напряжений симметричной, а величину линейных напряжений приняв равной их среднему значению.

6. Отчет составляется в соответствии с требованиями правил и методических указаний к выполнению лабораторных работ и составлению отчетов.

7. Таблица результатов измерений и расчетов составляется аналогично таблице лабораторной работы № 112.

ЛИТЕРАТУРА:

Л.А. Бессонов – Теоретические основы электротехники, 1973 г. Стр. 183.

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

ЛАБОРАТОРИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

РУКОВОДСТВО к лабораторной работе № 114 «ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ»

Программа работы.

1. Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником с равномерной и неравномерной нагрузкой фаз.

2. Расчет комплексов действующих значений фазных и линейных токов.

3. Построение векторных диаграмм по данным п.п. 1 и 2.

4. Составление отчета.

Цель работы.

Работа имеет целью ознакомить студентов со своеобразием режимов работы трехфазной нагрузки, соединенной треугольником.

Основные теоретические положения.

Соединение треугольником состоит в последовательном присоединении фазных цепей так, что они образуют замкнутый контур (конец первой фазы приемника соединяется с началом второй, конец второй – с началом третьей и конец третьей – с началом первой). Линейные провода присоединяются к точкам соединения фаз приемника (рис.1). При соединении приемников в треугольник линейное напряжение сети равно фазному напряжению нагрузки . При симметричной нагрузке , а фазные и линейные токи образуют симметричные системы векторов (рис.3).

Так как величина линейных напряжений поддерживается постоянной на станции, то неравномерная нагрузка отдельных фаз практически не сказывается на работе других фаз.

Мощность трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником обычно измеряется методом двух ваттметров. Если точки соединения фазных цепей нагрузки доступны, то мощность можно измерить и с помощью трех ваттметров, включаемых в каждую фазу нагрузки.

Практические указания к выполнению работы.

1. Для выполнения п.1 собирается схема рис.2 и снимаются показания прибором для случаев:

1. одинаковой нагрузки фаз;

2. отсутствия нагрузки на какой-нибудь фазе (обрыв фазы);

3. обрыв линейного провода;

4. трех-четырех промежуточных значений нагрузки регулируемых фаз.

Результаты измерений занести в таблицу.

2. По данным измерений вычислить комплексы действующих значений фазных токов и определить комплексы действующих значений фазных токов. При вычислениях за исходный вектор принимается вектор напряжения . Тогда , где берется из комплекса полного сопротивления

; ; .

Комплекс полного сопротивления нерегулируемой фазы берется по результатам его предварительного определения (см. лабораторную работу № 112).

,

Тогда

.

Фазный ток третьей фазы

,

где вычисляется также, как для фазы AB.

3. Векторные диаграммы строятся для пунктов 1а, 1б, 1в и одного из значений п. 1г (по указанию преподавателя).

4. Отчет должен быть составлен в соответствии с правилами и методологическими указаниями к выполнению лабораторных работ и составлению отчетов.

5. Таблица результатов измерений и расчетов.

№№ п.п.

Измерения

Расчет

А

А

А

А

А

А

Вт

Вт

А

А

А

А

А

А

ЛИТЕРАТУРА:

Л.А. Бессонов – Теоретические основы электротехники, 1973 г. Стр. 181 –182.