Электротехника и электроника электротехника на оборудовании National Instruments. Лабораторный практикум

I A =IB =IC =Uф ,

Zф

причем фазные токи равны линейным: Iл= Iф.

При активной (резистивной) нагрузке между синусоидальным током и напряжением каждой фазы нет сдвига по фазе.

Ток в нулевом проводе четырехпроводной системы при симметричной нагрузке равен нулю, так как по первому закону Кирхгофа для узла 0′:

На рис.4.9 приведена векторная диаграмма токов при симметричной нагрузке в четырехпроводной цепи. Из диаграммы видно, что геометрическая сумма векторов фазных токов (пунктир), равная току в нулевом проводе, равна нулю.

Рис. 4.9

Так как при симметричной нагрузке тока в нулевом проводе нет, то на практике при симметричных потребителях используется трехпроводная система.

Линейные напряжения не зависят от нагрузки и оказываются одинаковыми в четырех- и трехпроводной системе:

41

U AB =UBC =UCA =Uл .

Фазные напряжения в четырехпроводной системе не зависят от нагрузки и равны по величине, а в трехпроводной при несимметричной нагрузке различны. Векторная диаграмма напряжений и токов для четырехпроводной системы при активной несимметричной нагрузке представлена на рис. 4.10.

А

Рис. 4.10

Из векторной диаграммы следует, что в четырехпроводной системе при несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не равен нулю. На векторной диаграмме его значение определяется геометрическим суммированием фазных токов в соответствии с первым законом Кирхгофа для нулевой точки потребителя:

I A + I B + I C = I N ≠ 0.

В трехпроводной системе при несимметричной нагрузке напряжения на фазах нагрузки не равны:

U A ≠UB ≠UC , т.е. Uф ¹U3л .

Различное напряжение фаз потребителя на практике не допускается, поэтому при несимметричной нагрузке всегда используется четырехпроводная система, обеспечивающая равенство фазных напряжений. Назначение нулевого провода и состоит в обеспечении равенства фазных напряжений.

42

Частным случаем несимметрии является обрыв в какой-либо фазе нагрузки, когда сопротивление фазы равно бесконечности, и короткое замыкание фазы, когда сопротивление равно нулю.

Обрыв в фазе нагрузки имеет место на практике (например, перегорание предохранителя) и используется в данной работе. Это аварийный режим. Он характерен тем, что трехфазная четырехпроводная система превращается в двухфазную (рис. 4.11).

А

Рис. 4.11

Построение векторных диаграмм проводится в следующем порядке: вначале строится равносторонний треугольник АВС линейных напряжений (рис. 4.12), затем из вершин этого треугольника радиусами, равными соответствующим фазным напряжениям нагрузки, делаются засечки, дающие положение нулевой точки нагрузки О′.

Положение нулевой точки источника О определяется также, но радиусы в этом случае обязательно одинаковые, так как фазные напряжения источника во всех случаях равны:

RС = UСО′– радиус, равный напряжению фазы С;

RВ = UВО′ – радиус, равный напряжению фазы В.

При симметричной нагрузке фаз в трех- и четырехпроводных системах точки О и О′, очевидно, совпадут.

После определения положения нулевой точки нагрузки О′ из нее в вершины треугольника линейных напряжений проводят векторы фазных напряжений UАО′, UВО′, UСО′. Для получения вектора напряжения

43

смещения нейтрали соединяют точки О и О′ (случай несимметричной нагрузки, обрыва в фазе и линии при трехпроводной системе).

Векторы фазных токов строят из точки О′. Вектор тока в нулевом проводе (четырехпроводная система) получают геометрическим сложением фазных токов. Для определения комплексов напряжений фаз начало координат комплексной плоскости нужно поместить в точку О′ и произвести отсчет начальных фаз. Начальная фаза напряжений смещения нейтрали отсчитывается на комплексной плоскости с началом координат в точке О.

4.3.Подготовка к работе

4.3.1.Изучить основные теоретические положения по настоящему руководству и рекомендуемой литературе.

4.3.2.В рабочей тетради подготовить данные, необходимые для выполнения работы в лаборатории: название работы, вычертить монтажную схему, указав последовательность сборки нумерацией проводов; таблицу для записи данных; изложить порядок выполнения работы.

4.4.Порядок выполнения работы

4.4.1. Для сборки схемы, приведенной на рис. 4.7 (панель № 2 стенда), получить у лаборанта или преподавателя соединители (провода), измерительный комплект К-540, отдельные приборы и разъяснения по их установке и подключению.

44

Конструкция стенда такова, что сопротивление каждой фазы нагрузки состоит из трех последовательно соединенных резисторов 150 + 100 + 100 Ом. Наличие в каждой фазе двух выключателей (см. рис. 4.7) обусловлено внутренними соединениями стенда: один выключатель соединен внутри стенда с резистором 150 Ом, а другой – с амперметром.

Амперметры в фазах нагрузки взять с пределом 1 А (панель № 2 стенда), амперметр в нулевом проводе – на 1 А, вольтметр для измерения – цифровой вольтметр типа В7-38.

Пределы измерения комплекта К-540 установить: по напряжению 150 В, по току 1 А.

Регулируемые резисторы на 150 Ом установить в среднее положение.

После сборки схемы включить все включатели в фазах нагрузки и нулевом проводе и предъявить схему для проверки.

4.4.2.В присутствии лаборанта или преподавателя подать на собранную цепь трехфазное напряжение источника включением контактора кнопкой «ВКЛ» на панели источников питания. Контроль подачи напряжения осуществляется сигнальной лампой.

4.4.3.Исследоватьрежимсимметричнойнагрузки.Дляэтоговклю-

чить В7 (четырехпроводная система) и регулируемыми резисторами (150 Ом) установить симметричную нагрузку фаз, контролируя токи

вфазах нагрузки (установить 0,4…0,55 А). Произвести измерения в соответствии с табл. 4.1, причем линейные напряжения измеряются

всвободных гнездах источника (сети) и, так как они одинаковы, то в таблицу записывается одно значение. Фазные напряжения нагрузки, активные мощности фаз и фазные токи измеряются­ поочередно измерительным комплектом К-540.

4.4.4.Перейти к трехпроводной системе при той же симметричной нагрузке, для чего разомкнуть цепь нулевого провода выключателем

В7. Произвести измерения, данные записать в табл. 4.1 и показать преподавателю.

4.4.5.Исследовать режим несимметричной нагрузки фаз. Для этого восстановить четырехпроводную систему включением выключате-

ля В7 и установить регулируемыми резисторами несимметричную нагрузку фаз (например, 0,3; 0,45 и 0,55 А). Данные записать в табл. 4.1.

4.4.6.Перейти к трехпроводной системе при той же несимметричной нагрузке, для чего разомкнуть цепь нулевого провода выключате-

45

лем В7. Произвести измерения, данные записать в табл. 4.1 и показать преподавателю.

4.4.7.Исследовать режимы обрыва фазы нагрузки. Для этого установить симметричную нагрузку фаз, а затем имитировать обрыв фазы размыканием одного из выключателей, соединенных с резистором (любой из В1, В2 или В3). Данные записать в табл. 4.1.

4.4.8.Предел по напряжению в измерительном комплекте К-540 установить 300 В и перейти к трехпроводной системе при обрыве

фазы, для чего разомкнуть цепь нулевого провода выключателем В7. Произвести измерения, данные записать в табл. 4.1 и показать преподавателю.

4.4.9.После подписи преподавателем полученных данных снять со стенда напряжение кнопкой «ВЫКЛ» и разобрать схему.

4.5.Содержание отчета

Вотчете приводятся:

1)схема эксперимента;

2)заполненная табл. 4.1,

где PΣизм – активная мощность трехфазной системы, определяемая как сумма показаний ваттметра К-540 каждой фазы;

PΣрасч – активная мощность трехфазной системы, определяемая расчетом. Так как нагрузка фаз активная, то расчет проводится по показа-

ниям амперметров и вольтметров:

PΣрасч =U A0' ×I A +UB0' ×IB +UC0' ×IC ;

3)расчетные формулы;

4)векторные диаграммы токов и напряжений для всех исследованных режимов (для всех строк таблицы).

46

Контрольные вопросы

1.Что понимается под трехфазной системой ЭДС?

2.Каковы аналитические выражения ЭДС фаз трехфазного источника?

3.Что понимается под термином «фаза»?

4.Что такое нейтральная точка источника и нагрузки?

5.От чего зависит угол сдвига фаз между током и напряжением в каждой фазе нагрузки?

6.Что такое четырех- и трехпроводные системы; какова область их применения?

7.Что такое линейные и фазные напряжения и токи? Как они могут быть измерены?

8.Что понимается под термином «сеть»?

9.Что такое симметричная и несимметричная нагрузка?

10.Каково назначение нулевого провода?

11.Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями в трех- и четырехпроводных системах при симметричной и несимметричной нагрузке, соединенной в звезду?

12.В каком случае ток в нулевом проводе отсутствует?

13.В каких случаях фазные напряжения нагрузки равны фазным напряжениям источника?

14.В каких случаях напряжение смещение нейтрали равно нулю?

48

Лабораторная работа 5 ИССЛЕДОВАВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

5.1. Цель работы

Ознакомление с устройством трансформатора, изучение его свойств путем снятия основных характеристик и определение параметров схемы замещения.

5.2.Основные теоретические положения

5.2.1.Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии в цепях переменного тока.

Схема замещения трансформатора представляет собой эквивалентную электрическую схему, которая составляется для выполнения практических расчетов трансформатора. Полная или Т-образная комплексная схема замещения трансформатора показана на рис. 5.1.

На этой схеме R1 и x1s – соответственно активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки трансфор-

матора; R′2 и х′2s – приведенные активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки; R0 и х0 – активное

ииндуктивное сопротивления ветви холостого хода.

Рис. 5.1

5.2.2. Режим холостого хода. Это режим работы трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке, т.е. при i2(t) = 0. На рис. 5.2 приведена комплексная схема замещения трансформатора в режиме холостого хода.

49

Рис. 5.2

5.2.3. Опыт холостого хода трансформатора. Этот опыт прово-

дится для определения:

1) коэффициента трансформации трансформатора;

2) тока холостого хода; 3) мощности потерь холостого хода, т.е. мощности потерь в стали;

4) параметров ветви холостого хода (R0 и х0).

Для проведения опыта холостого хода вторичную обмотку трансформатора оставляют разомкнутой, а к первичной подводят номинальное напряжение U1ном, указанное на паспортной табличке трансформатора. При этом измеряют активную мощность первичной цепи Р0, а также напряжения U1ном и U2ном на обеих обмотках. Коэффициент трансформации определяют по показаниям вольтметров, пользуясь формулой

Ток холостого хода I0 определяют непосредственно по амперметру и выражают его в процентах от номинального тока I1ном, указанного в паспортной табличке на корпусе трансформатора (там же указывается

U1ном и Sном):

где

S

I1ном =U ном . (5.3)

1ном

Активная мощность при опыте холостого хода определяет энергию, полностью идущую на покрытие потерь в трансформаторе, по-

50