Вопросы для самопроверки

1. Какие из величин – ток или напряжение – имеют одинаковое значение при последовательном соединении элементов?

2. Напишите формулу закона Ома для последовательного соединения приемников электроэнергии с C,R,L.

3. Как рассчитать активную, реактивную и полную мощности цепи?

4. Что такое коэффициент мощности цепи?

5. Как измерить сдвиг по фазе между током и напряжением потребителя?

6. Какова связь напряжений U_R,U_L,U_c последовательно соединённых элементов с напряжением на зажимах цепи?

7. Что такое частотная характеристика?

8. Каким образом экспериментально определить резонансный режим в последовательной цепи?

9. Каковы условия возникновения резонанса в цепи с последовательным соединением приемников электроэнергии?

10. В чём заключается польза и вред резонанса напряжений?

Литература

1. Иванов, И.И. Электротехника / И.И. Иванов, Г.И. Соловьев, В.С. Равдоник.- СПб.: Изд - во «Лань».- 2005.- С.58-66, 93-98.

Лабораторная работа 3

Исследование трёхфазной цепи при соединении нагрузки звездой

Снабжение электрической энергией различных электрических устройств осуществляется в основном с помощью трёхфазных цепей. Особенности работы этих цепей обусловлены способом соединения и параметрами трёхфазного источника и нагрузки.

Цель работы:

Экспериментально определить связь между фазным и линейным напряжениями и токами в случае симметричных и несимметричных нагрузок, соединённых звездой.

Установить назначение нейтрального провода.

Сведения из теории

1. Соединение источника и нагрузки трёхфазной цепи по схеме звезда – звезда с нейтральным проводом показано на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 Звезда с нейтральным проводом:

_А,_B,_C- фазные напряжения источника, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов; '_А,'_B,'_C- фазные напряжения потребителя; _АB,_BC,_CA- линейные напряжения İ_A,İ_B,İ_C,İ_N - фазные токи и ток в нейтрале; Ż_A,Ż_B,Ż_C,Ż_N - нагрузка потребителя и нейтрального провода

Фазные напряжения и токи потребителя, соединённого по схеме звезда будут зависеть от значения Z_N и от характера и вида нагрузки. Например:

а) если нагрузка симметрична, то фазные напряжения источника равны фазным напряжениям потребителя _А='_А, _B='_B , _C='_C и токи определяются следующим образом:

İA=А/ŻA , İB=B/ŻB , İC=C/ŻC.

(3.1)

Ток в нейтрале и напряжение нейтрале будут равны 0.

İ_A+İ_B+İ_C=İ_N=0; _N=0, т.е. нейтральный провод в этом случае не нужен.

Линейные напряжения равны между собой и определяются по формуле:

Uл=Uф∙,АB=BC=CA

(3.2)

б) при несимметричной нагрузке, если нейтраль оборвана, или нейтральный провод обладает сопротивлением, то появляется напряжение в нейтрале или смещение нейтрали.

N= (АYA+ BYB+ CYC) / (YA+YB+YC+YN)= А∙ (YA+YBa+YCa2) / (YA+YB+YC+YN)

(3.3)

где Y_A=1/Z_A; Y_B=1/Z_B; Y_C= 1/Z_C; Y_N=1/Z_N– комплексные проводимости фаз нагрузки нейтрального провода;

a=e^-j∙2/3π= -0.5-j0.87- оператор поворота на 120°,

a=e^-j∙4/3π= -0.5+j0.87- оператор поворота на 240°.

Тогда фазные напряжения потребителя будут равны

A'=А- N; B'=B- N; C'=C- N

(3.4) (3.5) (3.6)

А токи соответственно:

İA= UA' / ZA; İB= UB' / ZB; İC= UC' / ZC.

(3.7) (3.8)

Ток в нейтрали в случае 0<Zn<равенİN= N' / ZN.

(3.9)

в) если же нагрузка несимметрична, т. е. Z_A ≠ Z_B ≠ Z_C и есть нейтральный провод с Z_N=0, то фазные напряжения потребителя будут равны фазным напряжениям источника и токи определятся по формулам:

İA= А' / ZA; İB= B' / ZB; İC= C' / ZC

(3.10) (3.11) (3.12)

Ток в нейтрали равен сумме фазных токов:

İN= İА+İB+İC.

(3.13)

2. Направление вращения трёхфазного электродвигателя зависит от порядка следования фаз генератора (АВС – прямой порядок, АСВ - обратный).

Порядок следования фаз можно определить с помощью конденсатора и двух одинаковых ламп накаливания, соединенных по схеме звезда без нейтрального провода.

За счет смешения нейтрали лампы горят с разной яркостью. Из расчета следует, что конденсатор находится в фазе А, то ярко горящая лампа включена в фазу В, а тускло горящая – в фазу С.

Схема лабораторной работы

Схема рис.3.2 содержит нагрузку Z_A, Z_B, Z_'Ú, набираемую на панели стенда в виде постоянных переменных резисторов, измерительный комплект К505 для измерения токов в фазах и напряжений, амперметр линейных напряжений и напряжения смещения нейтрали.

Рисунок 3.2 Принципиальная схема лабораторной работы