Электорта лабы 1

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКА ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: экспериментальное исследование распределения токов и напряжений в трехфазных системах при симметричной и несимметричной нагрузках в фазе; определение потребляемой активной мощности и построение векторных диаграмм.

Основные теоретические сведения

На рис. 29 изображена схема соединения фаз генератора и приемника

направление ЭДС принимают направление от конца к началу фазы генератора.

Рис. 29. Схема четырехпроводной трехфазной цепи, соединенной звездой

Для упрощения анализа режима работы трехфазной электрической цепи не будем учитывать сопротивления фазных обмоток генератора и линейных проводов. В этом случае фазные напряжения генератора будут равны фазным ЭДС:

̇= ̇; ̇= ̇; ̇= ̇,

40

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

а линейные напряжения генератора ̇,; ̇; ̇ будут равны линейным напряжениям приемника.

За положительное направление токов ̇, ̇, ̇в линейных проводах принимается направление от источника к приемнику (нагрузке). Так как одноименные фазы генератора, приемника и соответствующий линейный провод включены последовательно, то при соединении звездой линейный ток равен фазному:

л = ф.

Нейтральные точки N, n генератора и приемника могут быть соединены нейтральным проводом, ток в котором в соответствии с первым законом Кирхгофа

̇= ̇+ ̇+ ̇.

Из второго закона Кирхгофа для соответствующих контуров схемы можно получить соотношения между линейными и фазными напряжениями в комплексной форме:

приемника в виде комплексов в показательной форме, то при симметричной нагрузке

В симметричной нагрузке возникает симметричная трехфазная система токов, такой режим трехфазной цепи называется симметричным. В фазах

Потенциалы нейтральных точек генератора и приемника равны и, следовательно, напряжение смещения нейтрали

̇ = φ̇− φ̇= 0.

Таким образом, в симметричной трехфазной системе нейтральный провод не требуется, так как он не изменяет токи и напряжения приемника.

41

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Векторная диаграмма для симметричной активно-индуктивной трехфазной нагрузки приведена на рис. 30а. При построении векторной диаграммы удобно принять потенциалы нейтральных точек N и n равными нулю, т.е. совпадающими с началом координат комплексной плоскости.

Фазные токи ̇, ̇, ̇отстают от фазных напряжений ̇= ̇; ̇= ̇; ̇= ̇на угол φф > 0.

При емкостной нагрузке фазные токи опережают фазные напряжения на угол φф < 0, а при активной нагрузке (рис. 30б) фазные токи совпадают по фазе с фазными напряжениями (φф = 0).

а) б)

Рис. 30. Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричной активно-индуктивной нагрузки (а) и активной нагрузки (б)

Для симметричного режима фазные напряжения приемника равны по величине, они связаны с линейным напряжением следующим соотношением:

л = √3 ф.

Таким образом, для симметричной нагрузки действующие значения токов и напряжений:

Из диаграмм, изображенных на рис.30, видно, что линейные напряжения

̇, ̇, ̇ сдвинуты относительно друг друга на угол 120˚ и опережают соответственно фазные напряжения ̇, ̇, ̇на угол 30˚. Следовательно, линейные напряжения в комплексной форме можно записать следующим образом:

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Несимметричная нагрузка создается при соединении звездой приемников, имеющих различные по величине и (или) характеру сопротивления: ≠

≠ . Несимметричная нагрузка может быть подключена к трехфазной сети без нейтрального провода и с нейтральным проводом.

При отсутствии нейтрального провода (рис. 31) потенциалы нейтральных точек генератора и приемника оказываются разными. В результате между точками N и n появляется напряжение смещения нейтрали, которое можно рассчитать по формуле:

Рис. 31. Несимметричная трехфазная цепь, соединенная звездой без нейтрального провода

43

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Полные сопротивления фаз приемника вычисляются в лабораторной работе по результатам измерений при соединении несимметричной нагрузки с нейтральным проводом по закону Ома:

несимметричной трехфазной цепи без нейтрального провода фазные напряжения приемника различны и не равны фазным напряжениям генератора:

̇= ̇− ̇; ̇= ̇− ̇; ̇= ̇− ̇.

Фазные токи представляют собой несимметричную трехфазную систему и рассчитываются по закону Ома в комплексной форме:

̇= ̇ ; ̇= ̇ ; ̇= ̇ .

данным как место пересечения дуг радиусом, равным величинам измеренных

суммой активных мощностей фаз:

= + + .

При включении нейтрального провода (рис. 33) с нулевым

̇

равным нулю. В результате фазные напряжения приемника будут равны фазным напряжениям генератора:

44

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

̇= ̇; ̇= ̇; ̇= ̇.

Рис. 32. Векторная диаграмма напряжений и токов для несимметричной трехфазной цепи с активной нагрузкой, соединенной звездой без нейтрального провода

Рис. 33. Несимметричная звезда с нейтральным проводом

Ток в каждой фазе приемника можно определить по закону Ома, угол сдвига фаз между фазным напряжением и током определяется характером сопротивления фазы приемника. Очевидно, что токи в фазах будут разными, поскольку нагрузка несимметричная.

45

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Таким образом, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений несимметричного приемника.

Ток в нейтральном проводе определяется геометрической суммой векторов фазных токов:

̇= ̇+ ̇+ ̇.

Векторная диаграмма для несимметричной звезды с активными сопротивлениями в фазах и нейтральным проводом, имеющим нулевое сопротивление, изображена на рис. 34.

Рис. 34. Векторная диаграмма несимметричной трехфазной цепи с активной нагрузкой при наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением

При симметричной нагрузке, включенной звездой без нейтрального провода, в цепи может возникнуть несимметричный режим при обрыве фазы

46

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис. 35. Симметричная трехфазная нагрузка, соединенная звездой, при обрыве фазы «А’» (без нейтрального провода)

Следовательно, нейтральная точка несимметричного приемника на векторной диаграмме (рис. 36) должна переместиться на середину линейного

Рис. 36. Векторная диаграмма при обрыве фазы «А’» для звезды без нейтрального провода

47

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

напряжения приемника при обрыве фазы “ ′” останутся без изменения, так как напряжение ̇ = 0. В нейтральном проводе появляется ток ̇= ̇+ ̇. Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис. 37.

Рис. 37. Векторная диаграмма при обрыве фазы «А’» для звезды с нейтральным проводом

Схемы исследуемой электрической цепи

Исследование трехфазных электрических цепей, соединенных звездой, для симметричного и несимметричного режимов производится по схемам, изображенным на рис. 38, 39.

48

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис. 38. Схема трехфазной цепи при включении активных приемников звездой

а)

б)

Рис. 39. Фаза «А’» приемника при включении индуктивной катушки (а) или конденсатора (б) последовательно с резистором RA

Используемое электротехническое оборудование

Измерительные приборы: амперметры А7, А8, А9, А10 для измерения токов

Фазометр Ф (блок 9) для измерения угла сдвига фаз между фазным напряжением и током при наличии реактивного элемента.

Порядок выполнения работы

1.Соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 38. Схему начинайте собирать от гнезд , , , (0). Поставьте выключатели ламповых

49