МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ТОЭ
отчет
по лабораторной работе №10
по дисциплине «Теоретические основы электротехники»
Тема: исследование трехфазных цепей
Студент гр. 9491 |
|
Виноградов И.А. |
Преподаватель |
|
Гарчук А.А. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы: опытная проверка соотношений, связывающих напряжения и токи трехфазных цепей при соединении приемников звездой и треугольником в установившемся синусоидальном режиме.
Основные теоретические положения
На Рисунок 1 изображена четырехпроводная трехфазная цепь, у которой источник и приемник соединены звездой с нейтральным (нулевым) проводом.
Рисунок 1
Напряжение узловой точки «О1» приемника относительно узловой точки «О» источника:
,
где
,
,
– фазные напряжения источника,
,
,
,
–проводимости фаз приемника и нейтрального
провода.
Фазные напряжения приемника:
,
,
.
Линейные напряжения приёмника:
,
,
.
Фазные (линейные) токи:
,
,
.
Ток
нулевого (нейтрального) провода:
.
При
нулевом сопротивлении нейтрального
провода узловое напряжение
,
что обеспечивает независимый режим
работы фаз. В случае симметричного
источника и симметричного приемника
(
)
линейные и фазные напряжения связаны
соотношением
при этом,
и
,
поэтому включение или отключение
нулевого провода не меняет режима работы
цепи.
При
симметричном источнике с прямым порядком
следования фаз
,
,
,
.
Для определения порядка следования
фаз, что важно, например, при запуске
трехфазного двигателя, часто используют
приемник, соединенный звездой без
нейтрального провода, при этом в две
фазы включают лампы накаливания, а в
третью – конденсатор (причем
).
На Рисунок 2, а изображена схема трехфазной цепи, у которой приемник соединен треугольником.
Фазные токи приемника:
,
,
.
Линейные токи:
,
,
.
При
симметричных источнике и приемнике
линейные и фазные токи связаны соотношением
.
Режим
работы фаз приемника является независимым,
т.к. напряжения фаз приемника определяются
линейными напряжениями источника:
Рисунок 2
Активная
мощность в цепи с нулевым проводом
измеряется тремя ваттметрами
и равна:
,
где
коэффициент
мощности фаз-«Power Factor».
В
цепи без нулевого провода мощность
измеряется двумя ваттметрами
включёнными
в две фазы, обмотки напряжения которых
включены на линейные напряжения.
Активная мощность равна:
.
Реактивная мощность равна:
,
где
– полная мощность той фазы, в которую
включен ваттметр.
Протокол наблюдений
Таблица 1
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
40,124 |
149,74 |
134,102 |
63,287 |
4,012 |
14,974 |
13,44 |
0 |
2 |
99,998 |
99,996 |
100 |
0 |
10 |
10 |
10 |
0 |
3 |
114,563 |
114,563 |
75 |
25 |
11,456 |
11,456 |
15 |
0 |
4 |
99,999 |
99,999 |
100 |
0 |
10 |
10 |
20 |
10 |
5 |
86,601 |
149,997 |
86,601 |
49,998 |
8,66 |
0 |
8,66 |
0 |
6 |
99,999 |
99,999 |
100 |
0 |
10 |
0 |
10 |
10 |
7 |
122,607 |
236,597 |
122,335 |
136,598 |
12,261 |
0 |
12,261 |
0 |
8 |
0 |
173,205 |
173,203 |
0 |
30 |
17,321 |
17,32 |
0 |
Для 4 эксперимента
Для 7 эксперимента
Таблица 2
№ |
|
|
|
|
|
|
1 |
30 |
30,753 |
30,753 |
17,321 |
18,187 |
17,32 |
2 |
45,826 |
30,753 |
46,483 |
17,321 |
18,187 |
34,641 |
3 |
8,976 |
30,753 |
34,336 |
17,321 |
18,187 |
17,359 |
4 |
17,32 |
18,187 |
30,753 |
0 |
18,187 |
17,32 |
5 |
17,32 |
0 |
17,32 |
0 |
0 |
17,32 |
6 |
0 |
26,847 |
26,847 |
8,66 |
18,187 |
8,66 |
7 |
0 |
28,227 |
28,227 |
12,261 |
18,187 |
12,261 |
Для 3 эксперимента
Обработка результатов эксперимента
Экспериментальное исследование соединения нагрузки звездой
1. Определение порядка следования фаз
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. Начертить в масштабе ВД исследуемой цепи.
Соответствует ли ВД первому закону Кирхгофа?
ВД
соответствует первому закону Кирхгофа,
т.к.
2. Одинаковая нагрузка фаз без нулевого провода
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД.
3. Неодинаковая нагрузка фаз без нулевого провода
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД.
4. Неодинаковая нагрузка фаз с нулевым проводом
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД. Зарегистрировать показания P1, P2, P3 и коэффициентов мощности «Power Factor» и рассчитать активную мощность и реактивную мощность.
Активная
мощность:
Полные мощности фаз:
Реактивная
мощность:
5. Обрыв фазы В при отсутствии нулевого провода
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД.
6. Обрыв фазы В при наличии нулевого провода
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД.
7. Обрыв фазы В при резистивно-емкостной нагрузке
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД. Зарегистрировать показания P1, P2, P3 и коэффициентов мощности «Power Factor» и рассчитать активную мощность и реактивную мощность.
Активная
мощность:
Полные мощности фаз:
Реактивная мощность:
8. Короткое замыкание фазы А без нулевого провода
Задание: заполнить Таблица 1 для первого эксперимента. По результатам измерений построить ВД.
Экспериментальное исследование соединения нагрузки треугольником
1. Одинаковая нагрузка фаз
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
2. Неодинаковая нагрузка фаз
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
3. Резистивно-емкостная нагрузка фаз
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов. Зарегистрировать показания P1, P2, P3 и коэффициентов мощности «Power Factor» и рассчитать активную мощность и реактивную мощность.
Активная мощность всей цепи:
Полная
мощность фазы равна
,
тогда
Реактивная
мощность
4. Обрыв фазы ab
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
5. Обрыв фаз ab и bc
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
6. Обрыв линейного провода фазы А при одинаковой нагрузке фаз приемника
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
7. Обрыв линейного провода фазы А при резистивно-емкост-ной нагрузке фаз приемника
Задание: занести результаты измерения в Таблица 2 и построить ВД напряжений и токов.
Вывод: в ходе исследования были изучены соединения нагрузки треугольником и звездой, для каждого опыта были построены векторные диаграммы токов и напряжений, для некоторых экспериментов высчитаны мощности.