1. Собранную схему представить для проверки преподавателю или лаборанту. После разрешения подать питание. Тумблер к включить (включить нулевой провод).

При равном числе включенных ламп в реостате (включить по 4 лампы) снять показания приборов. Данные занести в таблицу (звезда с нулевым проводом, нагрузка симметричная).

Внимание! Линейные напряжения U_AB, U_BC, U_CA измерить с помощью вольтметра V₃ на 250 В. Фазные напряжения U_A’, U_B’, U_C` – с помощью вольтметра V₂ на 150 В. Нулевое (узловое) U_OO’ – с помощью вольтметра V₁ на 30 В.

Повторить предыдущий опыт но при включённом К (звезда без нулевого провода, нагрузка симметричная).

Включить в реостатах разное количество ламп ( - 2 лампы; - 3 лампы; - 4лампы). К – включить (звезда с нулевым проводом, нагрузка несимметричная). Снять показания с приборов.

Повторить предыдущий опыт но при выключённом К (звезда без нулевого провода, нагрузка несимметричная).

Данные опытов предъявить для проверки преподавателю и с его разрешения отключить питание стенда.

Таблица

Соединение

Нагрузка

Измерено

Вычислено

IA A

IB A

IC A

IO A

UA B

UB’ B

UC’ B

UAB B

UBC B

UCA B

UOO’ B

PA Вт

РВ Вт

РС Вт

Р⅄ Вт

Звезда с нулевым проводом

Симмет-ричная

Несиммет-ричная

Звезда без нулевого провода

Симмет-ричная

Несиммет-ричная

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1) Номер, наименование и цель работы.

2. Перечень электрооборудования и приборов с указанием их технических данных.

3. Принципиальная электрическая схема испытаний (рис. 5).

4. Таблица с результатами измерений и вычислений.

5. Векторная диаграмма напряжений и токов в симметричном несимметричном режимах с указанием масштабов.

6. Краткие выводы по работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПОСЫ.

1. Каковы преимущества трехфазной системы переменного тока перед однофазной?

2. Почему в соединении «звезда» ток в нулевом проводе определяется геометрическим суммированием токов фаз, а не алгебраическим?

3. Может ли ток в нулевом проводе четырехпроводной цепи равняться нулю?

4. Объяснить, почему в нейтральном проводе не устанавливают предохранитель и сечение его меньше сечения линейных проводов.

5. Расскажите порядок построения векторной диаграммы для симметричной активной нагрузки фаз, соединенных звездой.

6. Расскажите порядок построения векторной диаграммы для несимметричной активной нагрузки фаз в системе «звезда» с нулевым проводом.

7. Какое соотношение имеет место между линейными и фазными напряжениями и токами при симметричной нагрузке в соединении «звезда»?

8. Построить векторную диаграмму, соответствующую цепи, приведенной на рис.1, если X_L=X_C.

9. Определить фазные и линейные напряжения ( рис. 2), если известно, что I_A=22 A; R=8 Ом; X_L=10 Ом; X_C=4 Ом.

А а

А a

R x_L

O O` x_L R

С с x_C в

В R O` R

Рис. 1. x_L x_L

C c x_C x_C b

B

_­­Рис. 2.

10) В цепи ( рис.3) I₁=12 A, U_Л=220 В. Определить показания амперметра.

А а

A

R

0

I₁ R 0` R

R R

C c R в

B

Рис. 3.

11) Построить векторную диаграмму для схемы рис. 4, если R=X_C.

А а

X_C

0 R 0` R

C c в

B

Рис. 4

12) Определить показания амперметра при размыкании рубильника «К» ( рис.5), если известно, что I_A=I_B=I_C=22 A; U_AB=380 B.

А a

A

R

R 0` R

C K в

B c

Рис. 5

13) Определить показания амперметра при замыкании рубильника «К» в цепи, приведенной на рис. 6, если I_A=I_B=I_C=10 A.

А а

A

К

0`

С с в

В

Рис. 6

14) Определить показания амперметра, если в цепи приведенной на рис. 7 U_A=380 B, R=10 Ом.

А a

A

R

0 0` R

С с R в

В

Рис. 7

15) Определить фазные и линейные напряжения в цепи ( рис. 8), если известно, что R=8 Ом, X_C=6 Ом, I_Л=22 А.

А а

x_C

R

R 0` R

С с x_C x_C в Рис. 8

B

16) Определить линейные и фазные токи в цепи ( рис. 9), если известно, что R=6 Ом, x_L=8 Ом, U_Ф=220 В.

А а

R

x_L

x_L 0` x_L

R R

C c в

В

Рис. 9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.

Исследование трёхфазной системы при соединении

потребителей «треугольником».

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

• Практическое подтверждение теоретических соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении потребителей «треугольником».

2. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ.

• Источник питания трёхфазного переменного тока с напряжением 220 В (клеммы А, В, С).

• Потребители – ламповые реостаты.

• Амперметры А₁, А₂, А₃ электромагнитной системы типа Э8021 на 1 А.

• Амперметры А₄, А₅, А₆ электромагнитной системы типа Э8021 на 500 мА.

• Вольтметр V (переносной) электромагнитной системы типа Э8003 на 250 В.

• Выключатель (тумблер) К.

• Соединительные провода.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Соединение «треугольником» может быть получено при соединении конца первой фазы с началом второй, конца второй – с началом третьей, конца третьей – с началом первой ( рис. 1).

А A B C

Z₂ Z₃

Z₁ Z₂ Z₃

В Z₂

С

Рис. 1.

Так как в соединении «треугольник» нагрузка включается между линейными проводами, то U_Л=U_Ф ( рис. 2).

А А

Е_CA Е_{AB ­} I_A Z₃ I_AB

E_BC U_CA U_AB I_CA I_BC Z₁

I_B C Z₂ B

U_BC

I_C Рис. 2.

На рис. 2 эти напряжения обозначены U_AB, U_BC, U_CA. Они равны между собой и сдвинуты по отношению друг к другу на 120⁰. Соединение потребителей треугольником обеспечивает независимую работу фаз, т.е. токи в фазах нагрузки при равенстве фазных напряжений зависят только от сопротивлений этих фаз , и никак не влияют друг на друга.

При симметричной нагрузке, т.е. и токи в фазах равны между собой и сдвинуты по отношению к напряжениям фаз на равные углы. Линейные токи так же равны между собой. Кроме того .

В лабораторной работе в качестве потребителей в фазах включены ламповые реостаты, т.е. активные сопротивления, т.о. и , а значит фазные токи совпадают по фазе с фазными напряжениями, т.е. и . На основании первого закона Кирхгофа (рис. 2).

Для построения векторной диаграммы произвольно задаёмся масштабом для тока и напряжения.

Построение начинается с равностороннего треугольника, сторонами которого являются фазные (линейные) напряжения ( рис.3).

-I_BC

I_CA I_A

I_C U_AB

U_CA

I_AB -I_CA

I_BC U_BC Рис. 3.

-I_AB I_B

При несимметричной нагрузке линейные токи можно определить только на основании первого закона Кирхгофа и соотношение уже не соблюдается. Построение векторной диаграммы аналогичное предыдущей, но т.к. то и ; .

При обрыве линейного провода (например С) весь трёхфазный потребитель остаётся только под напряжением U_AB. Причём фаза АВ его получает полностью. Фазы ВС и СА потребителя окажутся включёнными последовательно под напряжение U_AB. Если реостаты представить в виде резисторов, то схема при этом выглядит следующим образом (рис. 4). Направление токов в фазах оставляем прежними.

А I_A

U R_AB R_CA I_CA

I_AB R_BC

В I_B I_BC Рис. 4.

Векторная диаграмма представлена на рис. 5. На диаграмме I_A=I_B, т.к. практически каждый из них равен сумме токов в двух параллельных ветвях (см. рис. 4).

I_B I_BC=I_CA I_AB I_A U_AB

o Рис. 5.

Мощности (активная, реактивная и полная) определяются также, как при соединении потребителей «звездой».

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

• Ознакомиться с оборудованием и приборами, необходимыми для выполнения работы, и записать их основные технические данные.

• Собрать трёхфазный симметричный потребитель, соединённый по схеме «треугольник» (рис. 6)

A₁

A₄

A₂

A₅

A₃

A₆

А а

x

В в

y

С К с

Рис. 6 Z

• Собранную схему представить для проверки преподавателю или лаборанту, с их разрешения приступить к работе. Тумблер К замкнуть.

При равном числе включённых ламп в фазе(3 или 4, нагрузка симметричная) подать питание на схему. Снять показания приборов и занести их в таблицу. Сравнить эти данные с теоретическими соотношениями между напряжениями, линейными и фазными токами.

Нагрузка

Измерено

Вычислено

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

UAB

UBC

UCA

PAВ

PBС

PCА

P

A

A

A

A

A

A

B

B

B

Вт

Вт

Вт

Вт

Симметрич-ная

Несимметрич-ная (тумблер К включён)

Несимметрич-ная (обрыв линейного провода) К - выключён

• При включённом тумблере К в каждой фазе лампового реостата включить различное число ламп, но не более четырех (нагрузка несимметричная). Снять показания приборов и занести их в таблицу.

• Выключить тумблер К (обрыв линейного провода). Включить в каждой фазе по 2-4 лампы. Снять показания приборов и записать их в таблицу.

• Результаты измерений предъявить для проверки преподавателю и с его разрешения разобрать схему. Прибрать рабочее место.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА.

1. Номер, наименование и цель работы.

2. Перечень электрооборудования и приборов с указанием их технических данных.

3. Принципиальная электрическая схема испытаний (рис. 6).

4. Таблица с результатами измерений и вычислений.

5. Векторная диаграмма токов и напряжений для каждого опыта.

6. Краткие выводы по работе.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Каковы преимущества и недостатки трёхфазной цепи при включении нагрузки «треугольником»?

2. Расскажите порядок построения векторной диаграммы для симметричной активной нагрузки фаз, соединённых треугольником.

3. Расскажите порядок построения векторной диаграммы для несимметричной активной нагрузки фаз в системе «треугольник».

4. Расскажите порядок построения векторной диаграммы для активной нагрузки фаз в системе «треугольник» при отрыве линейного провода.

5. Симметричная нагрузка трёхфазной цепи соединена «треугольником». Линейное напряжение U_Л=220 В, фазный ток I_Ф=10 А, коэффициент мощности равен 0,8.

Найдите потребляемую активную реактивную и полную мощность.

6. Определить показания приборов после размыкания рубильника «К» ( рис. 1),eсли U_Ф=220 B, R_Ф=22 Ом.

А а

A₆

A₁

A₄

A₅

A₂

A₃

R

R

с R в

В К

С

Рис. 1.

7. Построить векторную диаграмму для цепи, представленной на рис. 2.

А

a

R x_L

x_C

с в

В

С

Рис. 2.

8. Определить показания приборов после размыкания рубильника «К» ( рис. 3), если U_Ф=220 В, R_Ф=10 Ом.

А а

К R

A₂

A₁

A₃

R

С в

В R

С

Рис. 3.

9. Определить показания приборов при размыкании рубильника «К» ( рис. 4), если U_Ф=380 В, R=10 Ом.

А К а

A₃

A₂

A₁

4R

R

R

В

С

Рис. 4.

10. Определить , если известно, что показание прибора 1,73 А, а R=10 Ом ( рис. 5).

А

A

В R R

R

С

Рис. 5.

11. Симметричную активную нагрузку трёхфазной цепи включили сначала по схеме «звезда», а затем по схеме «треугольник». Как при этом изменится потребляемая мощность?

ЛИТЕРАТУРА.

1. Борисов Ю. М., Липатов Д. Н., Зорин Ю. Н. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Герасимов В. Г. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1985.

3. Общая электротехника. Блажкин А. Т. – Л.: Энергия, 1979.

4. Попов В. С., Николаев В. А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия, 1976.

5. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Высшая школа, 2005.

6. Немцов М. В. Электротехника и электроника. – М.: издательство МЭИ, 2003.