Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы электротехники. Учебно-методическое пособие для СПО
.pdf
A
A
Продолжение таблицы 9.1
; ;
a b c
U U U
А a B b C c
U U U U U U
= = =
, ,
A B C
I I I
Вид ТФЦ
Четырехпроводная сеть
(звезда с нулевым прово-
дом,
ZN = 0
)
Симметричный режим работы ТФЦ Несимметричный режим работы ТФЦ
Последовательность построения
диаграммы
1) Фазные напряжения (или ЭДС) генера-
тора:
;;
;
UUU
CBА
2) Фазные напряжения нагрузки
При симметричном режиме:
; ;
3) Фазные токи
III
;;
.
. При построении
CBА
векторов фазных токов необходимо учитывать характер нагрузки.
+1
1) Фазные напряжения (или ЭДС) генератора:
.
2) Фазные токи
3) Ток нулевого провода определяется геометрическим
суммированием фазных токов в соответствии с первым законом Кирхгофа:
Последовательность построения
диаграммы
;
UUU
,,
CBA
;
IIII
++=
CBAN
.
+1
U
U
I
A
I
A
+j
U
I
C
I
N
U
C
I
B
B
+j
U
I
C
U
C
I
B
B
91
-
А
E
a
U
B
E
b
U
C
E
c
U
OO
′
; ;
a b c
U U U
графически, методом засечек, считая известными действующие значения
фазных напряжений на нагрузке. Для этого из конца вектора
ружность радиусом фазного напряжения на нагрузке
проводят окружность радиусом
радиусом
. Пересечение окружностей и будет положением искомой точки 0
, аналогично из конца
, далее из конца вектора
Соединив точки 0 и 0' получим вектор напряжения смещения нейтрали
3) Строят фазные напряжения нагрузки
0' с концами векторов
UUU
−=
5) Строят фазные токи
, так как:
UUU
;;
CBА
UUU
OOAa
`
;
−=
А
OOBb
`
;
относительно соответствующих фаз-
III
;;
CB
, путем соединения точки
UUU
−=
OOCc
`
;
проводят ок-
- окружность
U
ных напряжений в зависимости от характера нагрузки. Вектора фазных токов
'
.
.
строят из нулевой точки 0.
На резистивной нагрузке фазное напряжение совпадает по фазе с током, на
индуктивной – ток отстает на 90
ние на 90
0
.
0
, на емкостной – ток опережает фазное напряже-
9.2.4.2 Аварийные режимы
Частными случаями несимметричных режимов являются:
- обрыв в какой-либо фазе нагрузки, когда сопротивление фазы равно бес-
конечности;
- короткое замыкание фазы, когда сопротивление равно нулю.
Обрыв в фазе нагрузки возникает при неисправности в приемниках энергии,
например при перегорании предохранителя. Этот аварийный режим исследуется в
данной лабораторной работе. Он характерен тем, что трехфазная четырехпровод-
ная система превращается в двухфазную. Векторная диаграмма при обрыве в фазе
«
а» представлена на рисунке 9.5. При построении диаграммы считали, что в фа-
зах «
в
» и «с» включена резистивная нагрузка.
92
A
C
B
I
U
U
+1
3
3
A
A
A
B
B
B
I
I
I
I
U
+1
, ,
а О
A
C
+
j
C
U
O
O
I
B
/
O
O
/
U
B
Рисунок 9.5 - Векторная диаграмма при обрыве провода в фазе «а» нагрузки
ТФЦ
Если произойдет короткое замыкание фазы «а», то точка О
точкой
А
. В таком случае напряжения
U
'
в
и
'
U
в фазах В и С возрастут в
с
раз, соответственно, фазные токи тоже возрастут в
. Векторная диаграмма при
'
соединится с
коротком замыкании фазы «а» представлена на рисунке 9.6. В фазах «
включена резистивная нагрузка.
в
» и «с»
/
U
C
O
+
j
C
C
-
Рисунок 9.6 - Векторная диаграмма при коротком замыкании фазы «а»
9.3 Описание лабораторной установки
Элементы трехфазной электрической цепи и измерительные приборы, ис-
пользуемые в лабораторной работе, размещены на лицевой панели универсально-
го стенда.
93
В качестве источника энергии используется трехфазная сеть синусоидаль-
ного тока, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего
трансформатора. На лицевую панель стенда выведены клеммы фаз «
и нейтральная точка «
приемников используются резисторы
N
» вторичных обмоток этого трансформатора. В качестве
R1 , R
,
R
2
. Для измерения токов предна-
3
А
», «В», «С»
значены миллиамперметры типа М 42300, а для измерения напряжений – цифро-
вой мультиметр ВР-11А.
9.4 Рабочее задание
9.4.1 Соберите четырехпроводную трехфазную цепь в соответствии со схе-
мой рисунка 9.7. Установите движки резисторов
R1 , R
2
,
R
в средние
3
положения.
Рисунок 9.7 – Электрическая схема исследования ТФЦ
9.4.2 Включите источник трехфазного напряжения и установите поочередно
следующие режимы работы трехфазной цепи:
- симметричный;
-
несимметричный;
94
- обрыв одной из фаз приемника (для каждой бригады фазу задает препода-
ватель).
Для каждого из режимов работы измерить фазные токи, ток в нейтральном
проводе, фазные и линейные напряжения. Результаты измерений занести в табли-
цу 9.2.
9.4.3 Отключите источник трехфазного напряжения. Замените в двух фазах
резистивные элементы на индуктивный и емкостной (для каждой бригады фазы,
в которых заменяются сопротивления, задает преподаватель).
9.4.4 Включите источник трехфазного напряжения и фазные токи, ток в
нейтральном проводе, фазные и линейные напряжения. Результаты измерений за-
нести в строку 4 таблицы 9.2.
9.4.5 Отсоедините нейтральный провод и установите поочередно указанные
в п.п. 9.4.2, 9.4.3 режимы работы трехфазной цепи. Измерьте для каждого из ре-
жимов фазные токи, фазные и линейные напряжения и напряжение смещения
нейтрали. Результаты измерений занесите в таблицу 9.2.
9.5 Обработка результатов опытов
9.5.1 Вычислите значения активных сопротивлений и активные мощности
отдельных фаз, используя приведенные выше формулы (9.15), (9.16), (9.19),
(9.20) для каждого проведенного опыта. Результаты вычислений занести в табли-
цу 9.2.
9.5.2 По результатам измерений п.п. 9.4.2 , 9.4.4, 9.4.5 постройте векторные
диаграммы напряжений и токов для каждого режима.
9.6 Контрольные вопросы
9.6.1 Что такое трёхфазная цепь и трёхфазные системы ЭДС, токов и на-
пряжений?
95
9.6.2 Какие режимы работы трёхфазных цепей называются симметричны-
ми?
9.6.3 Каковы соотношения между фазными и линейными токами и напря-
жениями в трёхфазной цепи при симметричном режиме и соединении приемника
в звезду?
9.6.4 Что такое напряжение смещения нейтрали?
9.6.5 Что такое линейное напряжение?
9.6.6 Что такое фазное напряжение?
9.6.7 В каких случаях, и с какой целью в трёхфазных цепях применяют ну-
левой провод?
96
Таблица 9.2 – Результаты измерений и вычислений
№
опыта
Линия
1
2
Нагрузка
Симметричная
Несимметричная
U
U
Л
U
A
U
B
C
В В В В В В В А А А А В Ом Ом Ом Вт Вт Вт Вт
(резистивная)
3
4
5
6
Обрыв фазы
Несимметрич-
четырехпроводная
ная (
R; L; C
Симметричная
Несимметричная
).
(резистивная)
7
8
Обрыв фазы
трехпроводная
Несимметричная (
R; L; C
).
Эксперимент Расчет
U
U
U
а
b
c
IA I
I
I
B
C
U
N
Ra Rb Rc Pa Pb Pc PΣ
N
–
–
–
–
–
–
–
–
97
10 Лабораторная работа № 10. Исследование трехфазной
л ф
U U
a ab ca
I I I
b bc ab
I I I
c ca bc
I I I
= −
цепи при соединении приемников треугольником
10.1 Цель работы. Исследование трехфазной цепи при соединении при-
емников треугольником с различной нагрузкой отдельных фаз. Опытная проверка
соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами, представле-
ние результатов экспериментов в виде векторных диаграмм напряжений и токов.
10.2 Краткие теоретические и практические сведения
10.2.1 Основные понятия и соотношения
При соединении приемников трехфазной системы треугольником фазные
сопротивления нагрузки соединяются последовательно таким образом, чтобы ко-
нец каждой предыдущей фазы приемника соединялся с началом последующей. К
вершинам образовавшегося таким образом треугольника подводятся линейные
провода, в соответствии с рисунком 10.1,а. В результате получается трехпровод-
ная трехфазная система.
В трехфазных системах различают линейные напряжения между любой
парой линейных проводов и фазные напряжения на выводах фазных сопротив-
лений нагрузки. Очевидно, что при соединении треугольником фазные напряже-
ния всегда равны линейным:
Различают также линейные токи в линейных проводах и фазные токи в
=
(10.1)
фазах приемника. Чтобы вывести соотношения между этими токами, необходимо
задаться условными их направлениями и применить первый закон Кирхгофа для
каждого узла «
а
», «b», «с», рисунок 10.1, а:
= −
;
= −
;
. (10.2)
98
10.2.2 Некоторые свойства ТФЦ с различными схемами соединений
л ф
I I
= ⋅
б)
- I
- I
- I
При симметричном режиме работы ТФЦ, соединение приемников тре-
угольником, векторная диаграмма напряжений и токов имеет вид, рисунок 10.1, б.
В этом режиме между действующими значениями линейных и фазных токов
справедливо следующее соотношение:
3
(10.3)
При несимметричной нагрузке ТФЦ симметрия токов в трехфазной системе
с соединением приемника треугольником будет нарушена, но это не отразится на
фазных напряжениях, так как здесь на фазы приемника подается непосредственно
линейное напряжение, определяемое источником энергии. Линейные токи в этом
случае определяются графически (рисунок 10.1,в), в соответствии с уравнениями
(10.2).
A
I
A
I
R
ca
c
B
C
a
I
U
C
bc
ca
I
bc
I
B
I
ca
R
I
bc
ab
R
ab
bc
b
I
B
U
I
ab
ca
ab
ca
I
A
I
ab
U
bc
I
C
a)
U
I
C
- I
bc
ca
I
bc
I
B
U
I
ab
ca
- I
ca
I
A
I
ab
U
- I
ab
в)
bc
Рисунок 10.1 – Схема трехфазной цепи при соединении приемника треугольником
(
а) и векторные диаграммы при симметричной (б) и несимметричной (в) нагрузках
99
Кроме режимов симметричной и несимметричной нагрузки в предлагаемой
C
= I
= I
- I
лабораторной работе исследуются аварийные режимы: обрыв одной из фаз при-
емника и обрыв линейного провода.
При обрыве одной из фаз, например фазы «
ca»
, рисунок 10.2,а, режим ра-
боты двух других фаз не нарушается, так как на них по-прежнему подаются соот-
ветствующие линейные напряжения. Для построения векторной диаграммы рас-
сматриваемого аварийного режима воспользуемся соотношениями (10.2), приняв
в них ток фазы, в которой произошел обрыв, равным нулю (
Ica = 0
). Векторная
диаграмма представлена на рисунке 10.2,б), нагрузка в фазах активная.
U
- I
ca
I
I
A
I
A
I
c
B
C
a
I
ab
R
ab
R
bc
bc
b
I
B
C
bc
U
ab
I
ab
A
bc
U
ab
B
bc
I
a)
б)
Рисунок 10.2 – Схема цепи (а) и векторная диаграмма (б) при обрыве фазы «
При обрыве одного из линейных проводов, например провода
10.3,а), резисторы в фазах «
но на линейное напряжение
А,
ав» и «са»
U
. На каждый из этих резисторов приходится поло-
вс
окажутся включенными последователь-
ca»
рисунок
вина этого линейного напряжения, в связи, с чем на векторной диаграмме, рису-
нок 10.2,б), точка
пряжение на резисторах в фазах «
а
располагается на середине вектора
ав» и «са»
по сравнению с симметричным
U
Очевидно, что на-
вс.
режимом уменьшаются в 2 раза. Во столько же раз уменьшаются токи в этих вет-
вях, причем
Iab = I
Линейные токи
ca.
IВ и I
находим по векторной диаграмме в
С
соответствии с формулами (10.2), рисунок 10.2, в).
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]