Новая папка (2) / Описание лабораторных работ / Иссл.3-хф.ЭЦ2

Лабораторная работа

ИCCЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ «ТРЕУГОЛЬНИКОМ»

Цель работы: ознакомление с рабочими и аварийными режимами работы 3-х фазной электрической цепи переменного тока при соединении элементов нагрузки «треугольником» и с методикой построения векторных диаграмм токов и напряжений.

Общие сведения

Исследуемая трехфазная электрическая цепь (рис.1) состоит из трехфазного источника электрической энергии, элементы которого соединены "звездой", чтобы обеспечить наблюдение за ее состоянием с помощью осциллографа (такое соединение допускает заземление общего провода), трехпроводной линии передачи и трехфазного приемника (потребителя). Начала и концы выходных обмоток источника и элементов нагрузки соединены между "треугольником". В результате образовалась электрическая цепь типа "звезда-треугольник". Как упоминалось в предыдущей работе схема соединения фаз источника «звездой» позволяет получить не только линейные (), но и фазные напряжения

Рис.1. Схема исследуемой трехфазной электрической цепи.

Если пренебречь внутренними сопротивлениями z_OA, z_OB и z_OC фаз генератора, а также сопротивлениями z_Л линейных проводов, то фазные напряжения приемника будут равны линейным напряжениям источника, т.е. Тогда фазные токи приемника находятся по формулам:

(2)

Приемник называется симметричным, если комплексные сопротивления его фаз равны между собой: . Для симметричных приемников фазные токи равны между собой и сдвинуты относительно соответствующих фазных напряжений на один и тот же угол. Если это условие не выполняется, то приемники считаются несимметричными. Векторная диаграмма напряжений и токов для такого случая приведена на рис.2,a. При этом если равны модули комплексных сопротивлений фаз, то приемник называется равномерным, а если равны их аргументы: _ab = _bс = _cd, то однородным.

Линейные токи источника определяются по фазным токам приемника в соответствии с первым законом Кирхгофа: ; ; .

С ледовательно, вектор любого из линейных токов источника равен геометрической разности векторов токов тех двух фаз приемника, которые соединены с данным линейным проводом. Если приемник симметричный, то все фазные токи приемника равны между собой по модулю и находятся с линейными токами источника в соотношении. В трехпроводной цепи независимо от характера приемников соблюдается равенство: и .

а б в

Рис.2. Векторная диаграмма токов и напряжений несимметричного приемника (а) с принятой ориентацией осей комплексной плоскости (в), а также его схема (б).

Аварийные режимы резко отличаются от стационарных (с симметричной и несимметричной нагрузкой), т.к. они приводят к перераспределению токов и напряжений, что может служить причиной превышения фазных напряжений и токов в приемнике (нагрузке).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическими положениями работы.

2. В среде EWB собрать схему трехфазной цепи (рис.3) с однородной (в данном случае активной), но несимметричной нагрузкой. В каждую линию включить амперметры в режиме АС - измерение «переменного тока». Значения фазных Э.Д.С. и нагрузки R_ab, R_bc, R_ac следует взять из табл.1. Для измерения углов сдвига по фазе между линейными токами и напряжениями использовать осциллограф и датчики тока , в качестве которых включить преобразователи тока в напряжение (источники напряжения, управляемые током).

3. Включить программу, снять показания со всех амперметров. Подключая входы осциллографа к какой-либо фазе нагрузки и к выходу датчика тока той же фазы, убедиться в том, что углы сдвига по фазе между , а также другими одноименными Э.Д.С. и токами равны нулю. Все результаты измерений занести во вторую строку табл.2.

Р ис.3.

Табл.1

№ варианта	ЕА = ЕВ = ЕC, В	Rab, Ом	Rbc, Ом	Rac, Ом
1	15	200	100	150
2	20	240	120	180
3	25	270	135	200
4	30	300	150	225
5	35	320	160	240
6	40	340	170	250
7	45	360	180	270
8	50	380	190	285
9	55	400	200	300
10	60	420	210	315
11	65	440	220	330
12	70	460	240	350

Табл.2

Режим

Iab, A

IA, A

Ibc, A

IB, A

Ica, A

IC, A

A

ab

B

bc

C

ca

Cим-я однородн-я нагрузка

Несим-я однородн-я нагрузка

Неоднородная симметричная нагрузка

Обрыв фазы «b»

К.З в фазе «b»

4. Приняв R_bc = R_ac = R_ab, снять показания со всех приборов. Измерить все фазовые углы в данном режиме работы цепи и занести эти результаты в первую строку табл.2. Для установления зависимости токов и напряжений в цепи с симметричной однородной необходимо собрать в среде EWB схему по рис.4.

Рис.4.

5. Восстановить значения R_bc и R_ac согласно таблицы 1 отключаем фазу «b» от нагрузки. Включить программу, снять показания с приборов и измерить все углы сдвига по фазе, заполнив третью строку табл.2.

6. Устроить «короткое замыкание» в фазе «b», убрав в ней нагрузку R_bс и провести тот же объем измерений. Все данные занести в пятую строку табл.2.

Рис.5.

7. По данным измерений построить векторные диаграммы. При измерении углов сдвига по фазе следует провод, идущий к каналу А осциллографа, пометить красным цветом, а к каналу В – синим. Тогда с помощью имеющихся на его экране меток будут получены не только значения временных интервалов, пропорциональных углам сдвига по фазе, но и направления отсчета этих углов.

8. Для установления зависимости тока в цепи от характера нагрузки собрать в среде EWB схему по рис.5. Значения элементов цепи и Э.Д.С. взять из табл.3. Они дают симметричную неоднородную нагрузку источнику.

Табл.3

№ варианта	ЕАB = ЕВ = ЕС, В	Ra, Ом	L, Гн	С, мкФ
1	15	200	0,64	16,0
2	20	240	0,76	13,0
3	25	270	0,86	11,7
4	30	300	0,95	10,5
5	35	320	1,0	9,9
6	40	340	1,08	9,3
7	45	360	1,15	8,8
8	50	380	1,2	8,3
9	55	400	1,27	7,9
10	60	420	1,34	7,5
11	65	440	1,4	7,2
12	70	460	1,45	6,9

9. Включить программу, снять показания со всех амперметров. Все результаты измерений занести в первую строку табл.4. Построить векторную диаграмму для Э.Д.С. и токов данной схемы.

10. Поменять местами катушку индуктивности и конденсатор и провести действия по п.10 еще раз.

Табл.4

Режим

IA, A

Iab, A

IB, A

Ibс, A

IC, A

Ica, A

a

ab

B

bc

C

ca

Катушка в фазе В, а конденсатор – в фазе С

Конденсатор – в фазе В, а катушка – в фазе С

Содержание отчета

1. Основные теоретические положения работы.

2. Рабочая электрическая схема, расчеты и таблица результатов.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы