Исследование трехфазных электрических цепей (120

ма их показаний равна полной мощности трехфазного несимметричного приемника.

Рис. 17. Схема измерения активной мощности в четырехпроводной трехфазной цепи

Для измерения активной мощности в четырехпроводной цепи при симметричной нагрузке достаточно использовать один ваттметр.

При симметричной нагрузке активные мощности трех фаз одинаковые. Активную мощность P любой фазы можно измерить од-

ним ваттметром. Полученное значение умножим на 3: P =3Pф.

Измерение активной мощности в трехпроводной трехфазной цепи. Метод двух ваттметров. Рассмотрим измерение активной мощности в трехпроводной трехфазной цепи при несимметричной нагрузке. Используем формулу(1.1) (см. стр. 19) и получим

P =U AC IA cos α+UBC IB cosβ.

Первое слагаемое этой формулы выражает показание первого ваттметра:

P1 =UAC I A cos α,

а второе слагаемое — второго ваттметра:

P2 =UBC IB cosβ.

Каждое значение P1 и P2 отдельно не несет никакой смысловой нагрузки, но их алгебраическая сумма равна активной мощности рассматриваемой трехпроводной трехфазной цепи (рис. 18).

21

При измерении активной мощности в трехпроводной трехфазной цепи при симметричной нагрузке обычно используют этот же метод измерения с помощью двух ваттметров, так как это наиболее простой метод.

Рис. 18. Схема измерения активной мощности в трехпроводной трехфазной цепи

Использование сдвоенного ваттметра при выполнении ла-

бораторной работы. Для измерения активной мощности в трехфазных цепях на лабораторном стенде расположен сдвоенный ваттметр, состоящий из двух одиночных ваттметров, имеющих общий вал со стрелкой.

Такой сдвоенный ваттметр, при правильном включении каждого отдельного ваттметра, дает алгебраическую сумму показаний двух ваттметров.

Сдвоенный вольтметр используют для различных целей:

1)в четырехпроводной цепи — для измерения активной мощности в одной фазе при включении в нее одного из сдвоенных ваттметров. При этом обмотки (токовая и напряжения) второго ваттметра должны быть разомкнуты;

2)в четырехпроводной трехфазной цепи — для измерения суммарной активной мощности в двухфазах, вкоторыевключен прибор;

3)в трехпроводной трехфазной цепи — для измерения суммарной активной мощности всех трех фаз трехфазного приемника, соединенного в звезду без нейтрального провода или соединенного в треугольник. В этом случаеприменяют метод двухваттметров.

22

2. ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

2.1. Подготовка к лабораторной работе

Для выполнения лабораторной работы студенту необходимо:

1)изучить соответствующие разделы курса «Электротехника и электроника» по лекциям и учебникам;

2)ответить на контрольные вопросы, приведенные в данных методических указаниях;

3)ознакомиться с правилами по технике безопасности;

4)расписаться в специальном журнале.

Примечания. 1. К лабораторной работе допускается студент, выполнивший пп. 1 – 4.

2.Студент, допущенный преподавателем к выполнению лабораторной работы, приступает к сборке схемы.

3.Включение стенда производится только после проверки преподавателем собранной схемы и с его разрешения. Студенты, са-

мовольно включившие стенд, отстраняются от работы. После-

дующий допуск к выполнению лабораторных работ производится по направлению деканата и после повторной сдачи преподавателю правил по технике безопасности.

2.2.Требования к оформлению отчета

Вотчете должны быть представлены:

1)название работы;

2)номер группы и ФИО студента, выполнившего работу;

3)дата выполнения работы;

4)название каждого пункта задания;

5)электрическая схема очередного проводимого эксперимента;

6)таблицы с экспериментальными и расчетными данными;

7)векторные диаграммы напряжений и токов для всех проведенных опытов.

2.3. Защита лабораторной работы

При защите каждый студент представляет отчет о лабораторной работе. Кроме того, студент должен знать ответы на кон-

23

трольные вопросы, приведенные в данных методических указаниях, и уметь анализировать результаты исследований.

Защита лабораторной работы осуществляется в индивидуальном порядке.

2.4.Правила по технике безопасности

1.Перед началом работы следует убедиться, что стенд отключен от источника напряжения (пакетный выключатель S1 должен находиться в положении «Выключено»).

2.Включить источник питания на стенде можно только после проверки схемы преподавателем.

3.При сборке схемы нельзя пользоваться неисправными проводами (с поврежденной изоляцией).

4.Во время работы нельзя прикасаться руками к элементам цепи, находящимся под напряжением.

5.После завершения исследования необходимо выключить источник питания на стенде.

6.При необходимости внесения в схему изменений стенд должен быть отключен от источника питания. Включение стенда после изменения схемы может быть произведено только после проверки ее преподавателем.

7.При любой неисправности на стенде следует отключить его от источника питания и сообщить об этом преподавателю.

2.5.Краткое описание лабораторного стенда

Для проведения лабораторных работ по разделу «Линейные электрические цепи» кафедра электротехники МГТУ им. Н.Э. Баумана оснащена соответствующими универсальными лабораторными стендами, позволяющими выполнять одинаковые лабораторные работы одновременно несколькими бригадами.

Лицевая панель стенда разбита на участки, каждый из которых предназначен длявыполнения определенной лабораторной работы.

На лицевую панель стенда нанесена схема электрической цепи с указанием отдельных электротехнических устройств. С помощью небольшого набора проводов осуществляется окончательная сборка электрической цепи проводимого эксперимента.

24

На верхней части стенда расположены щитовые приборы для измерения токов, напряжений и активной мощности в цепи.

В лабораторной работе по исследованию трехфазных цепей используются:

R12 – R15 — резисторы;

L2 — катушка индуктивности;

C1 — батарея конденсаторов;

S17 – S26 — выключатели к батарее конденсаторов (верхнее положение означает «включено»);

A3 – A6 — многопредельные амперметры электромагнитной системы на пределы 0,1; 0,5; 1,0 А;

V3 – V5 — многопредельные вольтметры электромагнитной системы на пределы 75; 250 В;

W1/W2 — сдвоенный ваттметр электродинамической системы на пределы: 9 Вт — при нажатой кнопке и 150 Вт — при отжатой кнопке;

S13 — выключатель, подающий напряжение на схему;

S1 — выключатель, подающий питание на весь стенд (верхнее положение выключателя означает «включено»).

2.6.Порядок выполнения работы

2.6.1.Исследование трехфазного источника

Опыт1. Соединениеисточникавзвездуснейтральнымпроводом. Для выполнения опыта необходимо:

а) собрать схему в соответствии с рис. 19; б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда (выключатель S1) и схемы (выключатель S13);

г) вольтметром V3 с двумя длинными проводами измерить три

фазных (U A , UB , UC ) и три линейных (U AB , UBC , UCA ) напряжения источника. Их значения записать в табл. 2;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1); е) рассчитать среднее значение соотношения между линейными и фазными напряжениями источника Uл/Uф. Результат записать

в табл. 2.

25

Рис. 19. Схема измерения напряжений трехфазного источника

2.6.2. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду с нейтральным проводом

Опыт 2. Симметричная активная нагрузка в четырехпроводной цепи. Соединениеприемников в звездуснейтральнымпроводом.

Для выполнения опыта необходимо:

а) собрать схему в соответствии с рис. 20. С помощью перемычек установить сопротивлениянагрузки: Z a = R12 , Z b = R13 , Z c = R15;

б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда и схемы (выключатели S1, S13). Удостовериться, что нагрузка симметричная: Ia = Ib = Ic и IN =0;

г) выполнить измерения величин, приведенных в табл. 3. Результаты измерений записать в табл. 3;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1);

26

е) используя данные табл. 1, выполнить необходимые расчеты. Результаты записать в табл. 4. Расчетные формулы приведены в приложении;

ж) построить векторную диаграмму напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов.

Рис. 20. Электрическая схема для исследования трехфазной цепи при соединении приемников в звездус нейтральным проводом

Таблица 3

Опыт 3. Несимметричная нагрузка в четырехпроводной цепи. Соединение приемников в звезду с нейтральным проводом.

Для выполнения опыта необходимо:

а) в схеме рис. 20 с помощью перемычек установить в фазе a вместо резистора R12 сопротивление нагрузки Z a = Rк + jXL2 .

Здесь Rк — активное сопротивление проводов катушки ( Ra = Rк );

б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда и схемы (выключатели S1, S13); г) выполнить измерения величин, приведенных в табл. 3. Ре-

зультаты измерений записать в табл. 3;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1); е) используя данные табл. 3, выполнить необходимые расчеты.

Результаты записать в табл. 4. Расчетные формулы приведены в приложении;

ж) построить векторную диаграмму напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов.

2.6.3. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду без нейтрального провода

Опыт 4. Симметричная активная нагрузка в трехпроводной цепи. Соединение приемников в звезду без нейтрального провода.

Для выполнения опыта необходимо:

а) собрать схему рис. 21. С помощью перемычек установить сопротивления нагрузки: Z a = R12, Z b = R13, Z c = R15;

б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда и схемы (выключатели S1, S13). Удостовериться, что нагрузка симметричная: Ia = Ib = Ic и

UnN =0. Для измерения UnN следует использовать вольтметр V3 ,

отключив его от фазы А; г) выполнить измерения величин, приведенных в табл. 5. Ре-

зультаты измерений записать в табл. 5;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1); е) используя данные табл. 5, выполнить необходимые расчеты.

Результаты записать в табл. 6;

28

ж) построить векторную диаграмму напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов.

Рис. 21. Электрическая схема для исследования трехфазной цепи при соединении приемников в звездубез нейтрального провода

Таблица 5

Опыт 5. Несимметричная нагрузка в трехпроводной цепи. Соединение приемников в звезду без нейтрального провода.

Для выполнения опыта необходимо:

а) в схеме рис. 21 с помощью перемычек установить в фазе a вместо резистора R12 сопротивление нагрузки Z a = Rк + jX L2 .

Здесь Rк — активное сопротивление проводов катушки (Ra = Rк); б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда и схемы (выключатели S1, S13); г) выполнить измерения величин, приведенных в табл. 4. Ре-

зультаты измерений записать в табл. 4;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1); е) используя данные табл. 5, выполнить необходимые расчеты.

Результаты записать в табл. 6. Расчетные формулы приведены в приложении;

ж) построить векторную диаграмму напряжений, совмещенную с векторной диаграммой токов.

2.6.4. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в треугольник

Опыт 6. Симметричная активная нагрузка в трехпроводной цепи. Соединение приемников в треугольник.

Для выполнения опыта необходимо:

а) собрать схему в соответствии с рис. 22. С помощью перемычек установить сопротивлениянагрузки: Zab =R12, Zbc =R13, Zca =R15;

б) предъявить схему для проверки преподавателю;

в) включить питание стенда и схемы (выключатели S1, S13). Удостовериться, что нагрузка симметричная: Iab = Ibc = Ica, IA = IB = = IC. Для измерения линейных токов IA, IB, IC использовать амперметр A6, последовательно включая его в линейные провода вместо соответствующих перемычек;

г) выполнить измерения величин, приведенных в табл. 7. Результаты измерений записать в табл. 7;

д) выключить питание схемы и стенда (выключатели S13, S1); е) используя данные табл. 7, выполнить необходимые расчеты.

Результаты записать в табл. 8. Расчетные формулы приведены в приложении;

30