Lab_OE_p1
.pdfПри отключении нейтрального провода потенциал нейтральной точки потребителя электрической энергии, работающего в режиме несимметричной нагрузки, не равен потенциалу нейтральной точки 0 генератора. При этом нейтральная точка 0 на векторной диаграмме потребителя сместится из своего первоначального положения в другое, при котором геометрическая сумма фазных токов потребителя равна нулю
I&a + I&b + I&c = 0. |
(6.10) |
В этом случае векторная диаграмма токов и напряжений для несимметричной активной нагрузки примет вид, представленный на рис. 6.6.
Комплексные значения напряжений фаз приемника для несимметричной нагрузки и при отключенном нейтральном проводе можно определить, воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для соответствующих контуров (на рис. 6.2 приведен контур для
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
определения U a ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
& |
& |
|
|
|
|
|
U a =U A −U nN ; |
|
|
|
||||
|
|
& |
& |
& |
|
|
(6.11) |
|
|
U b =U B −U nN ; |
|
|
|||||
|
|
& |
& |
& |
|
|
|
|
|
U c =UC −U nN . |
|
|
|
||||
& |
- напряжение смещения между нейтральными точками: |
|
||||||
где U nN |
|
|||||||
|
|
& |
|
& |
& |
|
|
|
|
& |
|
Y aU A +Y bU B |
+Y cUC |
, |
(6.12) |
||
|
U nN = |
|
|
Y a +Y b +Y c |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
где Y a , Y b , Y c - соответственно, комплексы проводимостей фаз потребителя.
3. Расчетная часть
3.1. Типовые задачи
Задача 3.1.1. Трехфазная симметричная активно-индуктивная нагрузка подключена к трехфазной электрической цепи с линейным напряжением 380 В по схеме “ звезда”. Сопротивления фазы:
Rф=2 Ом, ХLф=8 Ом.
Определить токи в фазах. Построить векторную диаграмму токов и напряжений. Определить токи в фазах при аварийных режимах:
а) обрыве фазного провода “ а”; б) коротком замыкании фазы “ а”.
Задача 3.1.2. В четырехпроводную сеть напряжением 380 В включается несимметричная нагрузка Zа=30+j40 Ом, Zв=24+j18 Ом,
Zс=80-j60 Ом.
Определить фазные токи и ток нейтрального провода. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Определить фазные напряжения приемника при обрыве нейтрального провода (аварийная ситуация).
Задача 3.1.3. В трехпроводную сеть напряжением 660 В подключается симметричная нагрузка Z=80-j60, Ом.
Определить фазные токи, ток нейтрального провода, активную, реактивную и полную мощности. Построить векторную диаграмму.
3.2. Задачи для самостоятельного решения
Задача 3.2.1. В четырехпроводную сеть напряжением 660 В включается симметричная нагрузка Z=40+j30, Ом.
Определить фазные токи и ток нейтрального провода. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Задача 3.2.2. В четырехпроводную сеть напряжением 380 В включается несимметричная нагрузка Zа= 50 Ом, Zв=j60, Ом, Zс=-j40, Ом.
Определить фазные токи и ток нейтрального провода.
4. Экспериментальная часть
4.1. Описание установки Экспериментальные исследования проводятся на универсальном
лабораторном стенде. При сборке цепи используется следующее оборудование:
-три лампы накаливания;
-регулируемые резисторы с сопротивлением 220 Ом; -индуктивная катушка; -батарея конденсаторов 0÷32,5 мкФ;
-блок “ контроль ” для измерения фазных (линейных) токов; -электроизмерительные приборы:
а) рА1 – амперметр с пределом измерения 0,5 А, включается в блок “ контроля 1”;
б) рА2 – амперметр с пределом измерения 0,5 А, включается в нейтральный провод;
в) рV1 – вольтметр с пределом измерения 250 В для измерения фазных и линейных напряжений;
г) рV2 – вольтметр с пределом измерения 150 В для измерения напряжения смещения нейтрали.
Схемы эксперимента (трехпроводная (рис. 6.6) и |
||
четырехпроводная (рис. 6.7) трехфазные электрические цепи: |
||
Контроль 1 |
|
|
I1 |
|
|
A |
|
a |
|
|
|
|
Ra |
|
I2 |
|
0 |
В |
|
|
Rc |
|
|
|
Rb |
|
I3 |
c |
b |
С |
|
|
pA1 |
|
|
A |
|
|
|
pV1 |
|
|
V |
|
0 |
pV2 |
|
V |
|
|
Рис. 6.6 |
|
|
Контроль 1 |
|
|
I1 |
|
|
A |
|
a |
|
|
|
|
Ra |
|
I2 |
|
0 |
В |
|
|
Rc |
|
|
|
Rb |
|
I3 |
c |
b |
С |
|
|
pA1 |
|
|
A |
|
|
|
pV1 |
|
|
V |
|
|
pA2 |
|
0 |
A |
|
Рис. 6.7 |
|
|
4.2. Рабочее задание |
|
|
4.2.1.Записать технические данные используемых приборов в
отчет.
4.2.2.Измерить параметры источника питания. Данные занести в
табл. 6.1.
4.2.3.Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис. 6.6, для исследования трехфазной системы без нейтрального провода при активной нагрузке.
4.2.4.Исследовать трехпроводную трехфазную цепь при различных режимах работы. Данные опытов занести в табл. 6.2.
Построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для всех режимов.
4.2.5.Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис. 6.7, для исследования трехфазной системы с нейтральным проводом (четырехпроводная трехфазная сеть).
4.2.6. Исследовать четырехпроводную трехфазную цепь при различных режимах работы. Данные опытов занести в табл. 6.3, в которой указан характер нагрузки.
Построить векторные диаграммы токов и напряжений для всех режимов.
Таблица 6.1
|
Линейные напряжения |
|
|
|
|
|
Фазные напряжения |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UAB, [B] |
|
UBC, [B] |
|
UCA, [B] |
|
|
UA, [B] |
|
UB, [B] |
|
|
UC, [B] |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Исследуемые |
|
|
|
|
|
|
|
|
Измеряемые величины |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
режимы |
|
Ua, [B] |
|
Ub,[B] |
|
|
Uc,[B] |
|
U00,[B] |
|
Ia,[A] |
|
Ib,[A] |
|
Ic,[A] |
|
|
||||||||
|
Симметричная активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрыв в фазе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Короткое замыкание в фазе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Несимметричная активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Исследуемые |
|
|
|
|
|
|
|
|
Измеряемые величины |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
режимы |
|
Ua,[B] |
Ub,[B] |
|
Uc,[B] |
|
U00,[B] |
|
Ia,[A] |
Ib, [A] |
|
|
Ic, [A] |
IN, [A] |
|
||||||||||
|
Симметричная активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разрыв в фазе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Несимметричная активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Несимметричная активно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
реактивная нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обрыв нейтрального |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
провода при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
несимметричной нагрузке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: измерение всех напряжений осуществляется одним настольным вольтметром с пределом измерения 220 В.
Вариант изменения нагрузки при различных режимах работы цепи задается преподавателем в соответствии с табл. 6.4.
|
|
|
|
Таблица 6.4 |
|
|
|
|
|
|
|
Режимы работы |
|
Варианты |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Разрыв в фазе |
a |
b |
c |
|
a |
|
|
|
|
|
|
Короткое замыкание в фазе |
a |
b |
c |
|
b |
|
|
|
|
|
|
Несимметричная активная |
a |
b |
c |
|
c |
нагрузка в фазе |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Несимметричная активно- |
«a» R |
«a» R-L |
«a» R-C |
|
«a» R |
«b» R-L |
«b» R |
«b» R-L |
|
«b» R-C |
|
реактивная нагрузка |
|
||||
«c» R-C |
«c» R-C |
«c» R |
|
«c» R-L |
|
|
|
||||
4.2.6. Сделать выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
5.1.Каким преимуществом обладают трехфазные цепи?
5.2.Назначение нейтрального провода. Почему в нейтральный провод нельзя ставить плавкие предохранители и выключатели?
5.3.Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при различных режимах работы цепи.
5.4.Каково условие симметрии трехфазного потребителя?
5.5.К чему приведет обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке?
Лабораторно-практическое занятие № 7 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
1. Цель занятия
Теоретическое и экспериментальное изучение особенностей работы трехфазной цепи при соединении приемников треугольником в симметричном и несимметричном режимах. Приобретение навыков построения векторных диаграмм токов и напряжений.
2. Краткие теоретические сведения
Если три фазы приемника с фазными сопротивлениями Zab, Zbс, Zca включить непосредственно между линейными проводами трехпроводной цепи, то получим соединение приемников треугольником (рис. 7.1).
|
А |
I&A |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
|
I&ab |
|
|
& |
|
|
Icа |
|
|
|
|
|
ЕA |
|
|
|
|
|
|
|
|
& |
|
Z |
|
|
|
Z |
|
|
U AB |
& |
ca |
Z |
bc |
ab |
||
& |
& |
|
|
|||||
ЕС |
ЕВ |
UCA |
c |
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С |
В |
I&В |
|
|
I&bc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
UBС |
|
|
|
|
|
|
|
I&С
Рис. 7.1
Если пренебречь сопротивлениями линейных проводов, то фазные напряжения приемника будут равны соответствующим линейным напряжениям источника питания Uф=Uл. Фазные токи определяются по формулам:
|
& |
|
|
& |
|
|
& |
|
& |
U AB |
, |
& |
U BC |
, |
& |
UCA |
(7.1) |
Iab = |
Z аb |
Ibc = |
Z bс |
Ica = |
Z са |
|||
|
|
|
|
|
|
Линейные токи I&A , I&B , I&C определяются по фазным токам из
уравнений, составленных согласно первому закону Кирхгофа для узлов “ а”, “ b”, “ с”
I&A = I&ab − I&ca ; |
|
|
|
I&B = I&bc − I&ab ; |
(7.2) |
I&C = I&ca − I&bc |
|
Вектор любого из линейных токов равен геометрической разности соответствующих векторов токов тех двух фаз приемника, которые соединяются с данным линейным проводом.
При симметричной нагрузке Z ab = Z bc = Z ca = Z фазные токи
равны по величине и углы сдвига фаз токов по отношению к соответствующим фазным напряжениям одинаковы. Например, для схемы (рис.7.2), векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений имеет вид (рис. 7.2).
|
|
|
I&C |
|
+1 |
ω>0 |
|
A |
|
|
A (a) |
|
|
|
|
|
|
|
|
U& ab = U& AB |
|
||
X |
Rф |
|
− I&bc |
ϕ |
|
||
Lф |
|
|
I&cа |
|
|
− I&cа |
|
B |
|
+j |
|
0 |
& |
||
XLф |
|
|
Iab |
|
|||
Rф |
& |
& |
|
|
|
|
|
|
Uсa |
=UCA |
|
|
|
& |
|
|
|
|
C (c) ϕ |
|
|
ϕ |
I A |
|
|
|
|
|
|
||
C |
|
|
& |
|
B (b) |
||
XLф |
Rф |
|
|
& |
& |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Iвc Ubс =U BC |
|
||||
|
|
|
I&В |
|
− I&ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7.2 |
|
|
Рис. 7.3 |
|
|
|
Из диаграммы следует, что соотношение между фазными и линейными токами I л = 
3Iф.
Следовательно, расчет токов при симметричной нагрузке производится только для одной фазы:
Iф = |
Uф |
и I л = |
|
Iф. |
(7.3) |
|
3 |
||||||
|
||||||
|
Zф |
|
||||
При несимметричной нагрузке линейные и фазные токи определяются по общим формулам, но вследствие несимметрии нагрузки векторы токов уже не образуют симметричную систему. Независимо от характера нагрузки геометрическая сумма векторов линейных токов будет равна нулю:
I&A + I&B + I&C = 0. |
(7.4) |
Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы других фаз останется неизменным, так как линейные напряжения источника являются постоянными (будет изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах линий, соединенных с этой фазой). Например, для схемы (рис.7.4) векторная диаграмма токов и напряжений имеет вид (рис. 7.5).
|
|
|
& |
+1 A (a) |
|
|
|
|
A |
|
|
IС |
& |
|
|
& |
|
XLф |
|
− I&bc |
|
Uab =U AB |
|
|||
Rф |
& |
ϕ |
|
|
|
|
||
|
+j |
Icа |
|
|
|
|
||
|
|
|
ca |
− I&cа |
|
|||
B |
|
|
0 |
|
||||
Rф |
& |
& |
|
|
|
|
I& |
|
U |
сa =UCA |
ϕbc |
I&bc |
& |
A |
|||
C |
|
|
|
|
Iab |
B (b) |
||
|
C (c) |
|
− I& |
|
|
|||
|
|
|
& |
|
& |
|
||
XСф |
Rф |
I&В |
ab |
U |
bс |
=U |
BC |
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 7.4 |
|
|
|
Рис. 7.5 |
|
|
|
|
3. Расчетная часть
3.1. Задачи для самостоятельного решения
Задача 3.1.1. В трехфазную сеть напряжением 380 В включен асинхронный двигатель, обмотки которого соединены треугольником.
Паспортные данные двигателя: номинальная мощность Рн=2,2 кВт,
КПД ηн= 83%, cos ϕн=0,87.
Определить потребляемый двигателем ток, токи в фазах двигателя, активное и индуктивное сопротивления обмоток, полную и реактивную мощности.
Задача 3.1.2. К трехфазной сети напряжением 220 В присоединены треугольником электрические лампы мощностью: в
фазе “ аb”-1100 Вт, в фазе “ bс” - 2500 Вт, в фазе “ са” - 500 Вт.
В сети произошел обрыв линейного провода “ с”. Вычислить фазные и линейные токи, полагая сопротивления ламп неизменными.
Задача 3.2.3.
К трехфазной сети напряжением 220 В подключен приемник с Z=(20-j30) Ом в каждой фазе. Определить фазные и линейные токи, показание каждого ваттметра и активную мощность, потребляемую всей нагрузкой (рис. 7.6).
A |
* pW1 |
|
|
а |
* W |
|
|
|
|
В |
pW2 |
|
Z |
Z |
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
С |
W |
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
* |
c |
|
b |
Рис. 7.6
4 Экспериментальная часть
4.1 Описание установки
Экспериментальные исследования проводятся на универсальном лабораторном стенде.
При сборке цепи используется следующее оборудование:
-три лампы накаливания;
-три регулируемых резистора с сопротивлением 220 Ом;
-блок “ контроль 1” для измерения линейных токов;
-блок “ контроль 2” для измерения фазных токов;
-электроизмерительные приборы:
а) рА1 – амперметр с пределом измерения 1 А, включается в блок “ контроля 1”;