5. Вопросы для допуска к работе

1. Какова цель настоящей работы?

2. Какой резонанс может возникнуть при параллельном соединении и? Почему?

3. Как экспериментально определить наличие резонанса токов?

3. Выполняется ли равенство ?

4. Изменением какого элемента достигается резонанс в данной работе?

5. Определите цену деления приборов.

6. Каким образом включается ваттметр в электрическую цепь? Что он показывает?

7. Какие меры предосторожности следует соблюдать в данной работе?

6. Вопросы к защите

1. Что называют резонансом токов?

2. Каковы условия резонанса тока (энергетическое, электрическое, параметрическое)?

3. Объясните ход кривой .

4. Объясните, почему при резонансе ток в неразветвлённой цепи минимален. Что будет, если иидеальны?

5. Что такое добротность? Как она влияет на ход кривой ?

6. Нарисуйте векторную диаграмму для случая резонанса токов.

7. Запишите формулы для полной проводимости всей цепи при резонансе, для активной и реактивной проводимостей.

8. Объясните ход кривой .

9. Напишите для цепи, содержащей параллельно включённые ёмкость и реальную катушку, выражения для:

a) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

10. Нарисуйте эквивалентную схему цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и емкости (схема с проводимостями).

11. Напишите возможные выражения для активной мощности в случае резонанса токов.

12. Чему равна реактивная мощность цепи при резонансе, а также реактивные мощности для каждого из параллельных участков?

13. Для цепи, содержащие параллельно включенные катушку индуктивности и емкость, известно , ток в неразветвленной цепи,,, определить,, и.

14. Цепь активно-индуктивной нагрузки при потребляет токпри. Определить величину параллельно включенной емкости, чтобы суммарный потребляемый ток был равен.

Лабораторная работа №7 исследование трехфазной цепи при соединении потребителей «звездой»

Цель работы: исследование симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной цепи при соединении потребителей «звездой», выявление роли нулевого провода.

1. Основные теоретические положения

Трехфазная система переменного тока представляет собой совокупность трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на . Каждую отдельную цепь принято называть фазой. При соединении «звездой» концы фаз соединяются в одну точку, называемую нулевой точкой (или нейтралью), к которой может быть подведен четвертый провод схемы, называемый нулевым (нейтральным) проводом. На рис. 1. изображена схема трехфазной системы с нулевым проводом, так называемая «четырехпроводная» схема.

Рис. 1. Трехфазная система, соединение «звездой»

Если нулевой провод отсутствует, схема называется «трехпроводной». На этом же рисунке показаны условные положительные направления линейных напряжений ,,, фазных напряжений источника,,и фазных напряжений на нагрузке,,, а также токов фаз,,и нулевого провода.

Если пренебречь падением напряжения в проводящих проводах, то можно считать, что линейные напряжения источника равны соответствующим линейным напряжениям на нагрузке, т.е.

,,.

Из приведенной схемы видно, что зависимость между линейными и фазными напряжениями может быть записана согласно II закону Кирхгофа для замкнутого контура:

а) для источника

б) для нагрузки (1)

На основании записанных соотношений строится векторная диаграмма напряжений источника, приведенная на рис. 2.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений источника

По диаграмме видно, что для источника .

Из схемы (рис. 1) видно, что ток, протекающий по фазе нагрузки (фазный ток), и ток, протекающий по линейному проводу (линейный ток), одинаковы:

.

Согласно первому закону Кирхгофа для нулевой точки получим зависимость между фазными токами и током нулевого провода :

(2)

Значения токов каждой фазы определяется по формуле:

,,. (3)

Существует два основных режима работы трехфазной цепи:

а) симметричный, когда все параметры фаз идентичны, а напряжения фаз сдвинуты относительно друг друга на 120˚;

б) несимметричный, когда какое-либо из этих условий не выполняется.

В настоящей работе рассматриваются случаи несимметрии только за счет неодинаковости нагрузок фаз. Система питающих напряжений принимается симметричной.

Уравнения (1) и (2), определяющие зависимости между токами и напряжениями трехфазной цепи, справедливы при любом характере нагрузки как четырехпроводной, так и трехпроводной цепи.

Симметричный режим. Нагрузка всех фаз идентична, т.е. комплексы сопротивлений фаз одинаковы:

.

Следовательно, действующие значения токов фаз

, ,

одинаковы, т.е. и сдвинуты по фазе относительно соответствующих напряжений на одинаковые углы:

,,, т. е..

Из векторной диаграммы, приведенной на рис. 3, видно, что ток в нулевом проводе при симметричной нагрузке фаз равен нулю:

,

следовательно, нулевой провод при равномерной нагрузке фаз необязателен

В данной лабораторной работе фазы нагружаются чисто активными сопротивлениями:

,,, т. е..

и, следовательно, токи совпадают по фазе с соответствующими фазными напряжениями.

Рис. 3. Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной нагрузке

Несимметричный режим..

Углы сдвига по фазе ,,между напряжением и током каждой фазы определяются соотношением активной и реактивной составляющих сопротивлений нагрузки фаз. Так как в данной работе нагрузки фаз чисто активные, то эти сдвиги отсутствуют, т.е.

.

Значения токов каждой фазы определяются по формулам (3).

Рассмотрим два случая: четырехпроводную и трехпроводную схемы.

1. Четырехпроводная схема. В этом случае на каждой фазе нагрузки действует соответствующее фазное напряжение источника, т.е.

,,.

В нулевом проводе течет ток

.

Векторная диаграмма такого режима показана на рис. 4.

Рис. 4. Векторная диаграмма для схем с нулевым проводом при несимметричной активной нагрузке фаз

2. Трехпроводная схема (обрыв нулевого провода). В этом случае ток нулевого провода отсутствует, , а между нейтралями источника и потребителя (на обрыве нулевого провода) возникает напряжение(рис. 5).

Рис. 5. Трехпроводная схема трехфазной системы

На векторной диаграмме, показанной на рис. 6, векторы питающих напряжений показаны сплошными линиями. Точка 0 соответствует потенциалу нейтрали источника. Напряжения на нагрузке ,,связаны с линейными напряжениями питания соотношениями (1). Векторы фазных напряжений нагрузки показаны на рис. 6 пунктиром.

Вектор, соединяющий точки 0 и 0', является вектором напряжения между нейтралями .

Если в процессе эксперимента измерить линейные и фазные напряжения на нагрузке, то точку 0' на топографической векторной диаграмме можно получить методом засечек, сделанных из точек ,ирадиусом, соответствующими действующими значениям напряжений,ив выбранном масштабе. Согласно уравнению (2) сумма фазных токов для рассматриваемого случая равна нулю (рис. 6, б):

.

Рис. 6. Векторная диаграмма для трехпроводной схемы при несимметричной активной нагрузке фаз: а – напряжений; б – токов

На лабораторной установке нагружение фаз осуществляется включением реостатов. Измерительные приборы включаются по схеме, изображенной на рис. 7. Вольтметр переносной.

Рис. 7. Схема лабораторной установки