книги / Электрические цепи

нагр.реж

2

3

4

5

6

7

согл.реж.

к.з.

7.По данным табл. 1 построить на трех графиках следующие

зависимости U1, U2, U= f (I), P1, P2, P = f (I), η = f (I). Проанализировать полученные зависимости и отразить характер изменения указанных величин в выводах по работе. Вычислено

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

-наименование работы и цель работы;

-схему исследуемой цепи;

-таблицы с результатами опытов и вычислений;

-расчетные соотношения;

- графики зависимостей U1, U2, U= f (I), P1, P2, P = f (I), η = f (I);

- выводы по работе.

41

Контрольные вопросы

1.Из каких элементов состоит электрическая цепь?

2.В чем состоит цель расчета электрической цепи и как она достигается?

3.Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа. Расскажите о методике применения их к расчету простых цепей постоянного тока.

4.Расскажите о тепловом действии электрического тока. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

5.Запишите и объясните уравнение баланса мощностей в любой электрической цепи.

6.Какой режим работы в электрической цепи называется номинальным,

акакой - нагрузочным?

7.Как изменяется напряжение на зажимах источника при увеличении тока нагрузки?

8.В чем состоят особенности режимов холостого хода и короткого замыкания электрической цепи?

9.Какой режим работы электрической цепи называется согласованным, и где он используется?

10.Что называется внешней характеристикой источника?

11.В чем недостаток крутопадающей внешней характеристики источника с точки зрения условий работы приемников?

12.Как изменится напряжение в конце линии электропередачи, если в середине линии произойдет короткое замыкание?

13.Объясните, почему при больших мощностях передача энергии на большие расстояния производится при высоких напряжениях.

14.Укажите величину допустимых потерь напряжения в проводах линии электропередачи.

15.Объясните пути уменьшения потери напряжения в проводах линии электропередачи.

42

Работа №6 Исследование режимов работы трехфазной цепи при

соединении приемников по схеме «ЗВЕЗДА»

Цель работы. Ознакомиться с измерением фазных и линейных токов и напряжений в трехфазных системах. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного приемника. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

Общие сведения

В трехфазных электрических цепях используются источники с тремя одинаковыми по амплитуде и частоте ЭДС, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 120 градусов. Такая система ЭДС вырабатывается синхронным генератором, установленным на электростанции. Генератор на статоре имеет три одинаковые обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 120 градусов. При вращении ротора, выполненного в виде электромагнита, в обмотках статора генератора индуцируется трехфазная система ЭДС.

Обмотки трехфазного генератора чаще соединяют способом «звезда», что позволяет получать два вида напряжений: фазные напряжения между началами и концами фаз генератора и линейные напряжения между началами двух фаз. Напряжения генератора связаны между собой соотношением U л 3 U ф .

Трехфазные приемники могут присоединяться к генератору способами «звезда» или «треугольник». При соединении приемника «звездой» возможны две схемы включения приемника в трехфазную цепь.

В схеме соединения «звезда – звезда» с нейтральным проводом

(четырехпроводная трехфазная цепь) нейтральные точки генератора и

43

приемника соединены нейтральным проводом и имеют одинаковый потенциал. Если пренебречь сопротивлениями проводов и падениями напряжения на них, то фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям генератора. Соответственно равны и их линейные напряжения. Соотношение между напряжениями приемника U л 3 U ф .

Токи в фазах приемника рассчитываются по закону Ома, а ток в нейтральном проводе определяется как векторная сумма фазных токов

In Ia Ib Ic .

При несимметричной нагрузке фазные токи приемника не равны между собой по величине и сдвинуты по фазе относительно соответствующих фазных напряжений на разные углы, поэтому сумма фазных токов не равна нулю, и в нейтральном проводе протекает ток.

При симметричной нагрузке фазные токи приемника равны по величине, сдвинуты между собой по фазе на 120 градусов, и сумма фазных токов равна нулю. Ток в нейтральном проводе не протекает, и нейтральный провод в трехфазной системе может отсутствовать. Следовательно, симметричную нагрузку можно использовать и в трехпроводной трехфазной цепи, то есть в схеме соединения «звезда – звезда» без нейтрального провода.

При включении несимметричного трехфазного приемника в трехпроводную трехфазную цепь между нейтральными точками генератора и приемника появляется напряжение смещения нейтрали, что приводит к нарушению симметрии фазных напряжений приемника. Фазные напряжения приемника не равны фазным напряжениям генератора, и это ограничивает включение несимметричных приемников в трехпроводную трехфазную цепь. Фазные токи приемника не симметричны, но векторная сумма этих токов равна нулю.

Роль нейтрального провода в схеме соединения «звезда – звезда» состоит в обеспечении симметрии фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке, поэтому несимметричные приемники всегда включают в четырехпроводную трехфазную цепь с нейтральным проводом.

44

Домашнее задание

3.Изучить теоретический материал по режимам работы трехфазных электрический цепей.

4.Подготовить таблицы 1 и 2 для записи опытных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.

Рабочее задание

1.Ознакомиться с лабораторной установкой.

2.Собрать трехфазную электрическую цепь по схеме соединении «звезда – звезда» (рис.1). Представить схему для проверки преподавателю.

Рис.1. Трехфазная электрическая цепь при соединении приемника способом «звезда»

3. Измерение линейных и фазных напряжений трехфазного источника.

Измерение напряжений трехфазного источника проводится в режиме холостого хода трехфазной цепи, когда трехфазный приемник отключен. Для создания этого режима необходимо изменить исходную схему, вынув соединительные провода, подходящие к резисторам фаз приемника, из гнезд на входе резисторов. Затем включить трехфазный источник питания Е4. Измерить вольтметром стенда линейные и фазные напряжения источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 1.

45

Выключить источник питания Е4, а затем восстановить исходную электрическую схему, вставив отсоединенные ранее провода в гнезда на входе резисторов фаз приемника.

Вычислить соотношение между линейными и фазными напряжениями источника питания и занести в табл.1.

4. Исследование нагрузочных режимов работы трехфазной цепи при наличии и отсутствии нейтрального провода. Исследуются четыре режима работы, указанные в табл.2 (столбец «режим нагрузки»). Примечание:

трехпроводная трехфазная цепь получается при отсоединении нейтрального проводаотгнезданейтралиN генератораилинейтралиn приемника.

4.1 Исследование режимов работы трехфазной цепи с

симметричной активной нагрузкой.

В качестве резисторов Rа , Rb , Rс симметричного трехфазного приемника использовать резисторы R17, R18 и R19, установив тумблеры резисторов R17 и R19 в позицию «1».

Подключить нейтральный провод и создать четырехпроводную трехфазную цепь. Включить источник питания Е4. С помощью амперметров измерить фазные токи приемника Iа, Ib, Ic и ток в нейтральном проводе In.

Вольтметром стенда измерить фазные напряжения приемника Uа , Ub , Uc и напряжение смещения нейтрали UnN, подключая выводы вольтметра к соответствующим клеммам. Результаты измерений занести в табл. 2. После проведения замеров выключить источник питания Е4.

46

Отсоединить нейтральный провод и создать трехпроводную трехфазную цепь. Включить источник трехфазного напряжения Е4. Измерить фазные токи приемника и ток в нейтральном проводе, фазные напряжения приемника и напряжение смещения нейтрали. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

4.2. Исследование режимов работы трехфазной цепи с

несимметричной активной нагрузкой.

Подключить нейтральный провод и создать четырехпроводную трехфазную цепь. Включить источник питания Е4. Измерить фазные токи приемника и ток в нейтральном проводе, фазные напряжения приемника и

47

напряжение смещения нейтрали. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

Отсоединить нейтральный провод и создать трехпроводную трехфазную цепь. Включить источник питания Е4. Измерить фазные токи приемника и ток в нейтральном проводе, фазные напряжения приемника и напряжение смещения нейтрали. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник питания Е4.

5.Сравнить режимы работы трехфазной цепи при соединении приемников по схеме звезда и сделать вывод о влиянии нейтрального провода на эти режимы.

6.Для всех опытов построить векторные диаграммы напряжений и токов приемника, используя масштабы по напряжению и току.

Примечание к построению векторных диаграмм. Порядок построения:

находятся длины векторов напряжений и токов посредством деления величин линейных напряжений, фазных напряжений, фазных токов соответственно на масштаб напряжения и масштаб тока;

строится равносторонний треугольник линейных напряжений Uав , Uвс , Uса приемника. В качестве сторон треугольника взять Uл ср из табл. 1.

определяется положение нейтрали N источника, совпадающее с центром треугольника, определяемым точкой пересечения медиан;

определяется положение нейтрали n приемника. Для этого из вершин a, b, c треугольника линейных напряжений радиусами, равными соответственно длинам векторов фазных напряжений Uа , Uв , Uс приемника, делаются засечки. Точка пересечения засечек определяет положение нейтрали n приемника;

строятся векторы фазных напряжений Uа , Uв , Uс приемника путем соединения нейтрали n приемника с вершинами а, в, с треугольника линейных напряжений;

48

строится вектор напряжения смещения нейтрали UnN путем соединения нейтрали N источника и нейтрали n приемника;

из нейтрали n приемника по направлению векторов фазных напряжений Uа , Uв , Uс проводятся векторы токов фаз Iа , Iв , Iс приемника;

вектор тока нейтрального провода In определяется суммой векторов фазных токов приемника.

Проверка правильности результатов проведенных лабораторных исследований и тщательности построения векторных диаграмм:

При отсутствии нейтрального провода векторная сумма фазных токов Ia Ib Ic должна быть равна нулю. Вектор напряжения UnN между нейтралью приемника n и нейтралью источника N должен получиться такой длины, чтобы при её умножении на масштаб напряжения получилось значение, соответствующее значению UnN в табл. 2.

При наличии нейтрального провода напряжение смещения нейтрали UnN всегда равняется нулю. Вектор тока нейтрального провода должен получиться такой длины, чтобы при умножении её на масштаб тока получилось значение, соответствующее значению In в табл. 2.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

-наименование работы и цель работы;

-схему исследуемой цепи;

-таблицы с результатами опытов и вычислений;

-расчетные соотношения;

-векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

-вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении приемника по схеме звезда.

49

Контрольные вопросы

1.Как устроен трехфазный генератор?

2.Какими способами соединяются фазы трехфазных источников?

3.Как образуется соединение фаз трехфазного генератора или приемника по схеме «звезда»?

4.Дать определение фазного и линейного напряжения в трехфазных

цепях.

5.Какое соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного генератора при соединении его обмоток по схеме «звезда»?

6.Какое соотношение между фазными и линейными токами трехфазного приемника при соединении по схеме «звезда»?

7.Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны фазные токи приемника?

8.В каких случаях и для чего в трехфазных цепях применяют нейтральный провод?

9.Как с помощью вольтметра измерить фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях?

10.Дать понятие симметричной или несимметричной трехфазной

нагрузки.

11.Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом

12.Нарисовать векторную диаграмму трехфазной симметричной системы напряжений или токов?

13.Когда в трезфазных электрических системах используются трехпроводные и четырехпроводные линии?

14.В каких случаях и почему в трехфазной четырехпроводной системе ток по нейтральному проводу не проходит?

15.Почему в цепь нейтрального провода не устанавливается предохранитель?

50