лабы ТОЭ часть 2
.pdf
Обрыв фазы А
3-проводная трехфазная цепь
Симметричный режим
Несимметричный режим
Обрыв фазы А
Короткое замыкание фазы ___
Режим определения следования фаз
Прямое следование фаз |
Обратное следование фаз |
Расчет активной мощности 3-проводной цепи
По показаниям ваттмет- |
|
По величинам токов и нагрузок фаз |
||
ров |
|
|
|
|
|
|
Симметричный режим |
|
|
P + P =___________Вт |
PA = |
Вт, PB = |
Вт, |
|
1 |
2 |
PC = |
Вт, PA + PB + PC = |
Вт |
|
|
|||
|
|
Несимметричный режим |
|
|
P1 + P2 =__________ Вт |
PA = |
Вт, PB = |
Вт, |
|
|
|
PC = |
Вт, PA + PB + PC = |
Вт |
В симметричном режиме мощность: |
|
|||
P3Ф = |
3UЛIЛ cos ϕФ =__________________________ Вт; |
|
||
P3Ф = P1 + P2 =__________________Вт. |
|
|||
Работу выполнил: ______________________________________
Работу принял: ________________________________________
Лабораторная работа № 10 Трехфазная цепь, соединенная треугольником
Целью работы является экспериментальное исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником.
1. Общие сведения
Общие сведения о трехфазной цепи и симметричном источнике изложены в предыдущей лабораторной работе.
На рис. 10.1 показан способ соединения фаз нагрузки треугольником. Токи IA ; IB ; IC называются линейными, токи Iab ; Ibc ; Ica – фазными. Напря-
жения Uab , Ubc , Uca являются фазными и линейными.
|
|
|
I |
ZA |
|
|
C(c) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
A |
IA |
a |
ab |
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uca |
Uab |
|
|
Ua |
|
|
|
|
A(a) |
|
|
||||
B |
IB |
b |
Ibc |
ZB |
|
y |
|
|
|
IA |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
ab |
|
|
|
|
|
Ubc |
|
|
|
b |
|
|
|
|
Ica |
|
|
|
|
|
|
I |
I |
|
|
|
B (b) |
|
|
|
|
||||||
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
c |
C |
|
z |
|
IC |
|
Ibc |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
||||
C |
C |
|
ca |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Рис. 10.1 |
Uc |
|
|
|
Рис. 10.2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
На рис. 10.2 показана топографическая диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов для случая симметричной трехфазной цепи
ZA = ZB = ZC = R . В симметричном режиме ток IЛ = 3IФ, напряжение
UЛ =UФ .
В случае несимметричной нагрузки фазные токи вычисляют по закону Ома:
|
Uab |
|
Ubc |
|
Uca |
|
|
Iab = |
|
; Ibc = |
|
; Ica = |
|
. |
|
Rab |
Rbc |
Rca |
|||||
|
|
|
|
Линейные токи определяют по закону Кирхгофа для узлов:
IA = Iab − Ibc ; IB = Ibc − Ica ; IC = Ica − Iab .
2. Содержание работы
Источником симметричного трехфазного напряжения является модуль ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Источник создает систему напряжений прямого следования фаз с линейным напряжением UЛ =12 В.
Для измерения токов используются амперметры из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ и мультиметры. Напряжения измеряют вольтметром РV из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ. Трехфазную нагрузку собирают из пассивных элементов блока МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ.
•Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола измерений. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления фаз
R1 = R2 = R3 =150 Ом.
•Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.
•Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и
тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.
•Симметричный режим. Фазные токи измерить амперметрами РА4; РА5; РА6 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ 30–100 мА (внутренние сопротив-
ление амперметра RА=16 Ом), линейные токи – амперметрами РА1; РА2; РА3 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ (100–300 мА). Вольтметром РV (2–15 В) измерить фазные напряжения Uab , Ubc , Uca на нагрузке. Измеренные значения занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок из-
мерений применять в остальных режимах.
•Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ со-
противление R1 > R2 = R3 . Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить симметричный режим.
•Обрыв линии Аа. Разорвать линию Аа в точке х1 амперметра РА1. Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить целостность цепи.
•Обрыв фазы ab. Разорвать фазу ab в точке х2 амперметра РА4. Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить целостность цепи.
•Включить фазу С на нейтраль N модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТА-
НИЯ (UZ1). Для измерения тока IC используйте амперметр фазы са. Измерения остальных токов и напряжений выполнить согласно данным выше рекомендациям. Измеренные значения занести в табл. 1П.
•Выключить тумблер SA1модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1)
и автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.
•Протокол измерений утвердить у преподавателя.
|
|
|
Протокол измерений к лабораторной работе № 10 |
|
|||||||||
|
|
|
«Трехфазная цепь, соединенная треугольником» |
|
|||||||||
|
Схема исследуемой трехфазной цепи представлена на рис. 1П. |
|
|
||||||||||
|
|
|
100-300 мА |
|
|
|
30-100 мА |
RA |
|
|
|
||
A |
I |
A |
X1 |
X2 |
a |
I |
ab |
X1 |
X2 |
x |
|
|
|
|
|
|
PA1 |
|
|
|
|
PA4 |
|
|
|
|
|
B |
IB |
X3 |
X4 |
b |
Ibc |
X3 |
X4 |
RB |
y |
X7 |
X8 |
||
|
|
|
PA2 |
|
|
|
|
PA5 |
|
|
|
PV |
|
|
IC |
|
|
c |
Ica |
|
|
RC |
z |
|
2-15 B |
||
C |
X5 |
X6 |
X5 |
X6 |
|
|
|||||||
|
|
|
PA3 |
|
|
|
|
PA6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1П |
|
|
|
|
||
Линейные напряжения источника U AB = |
В; UBC = |
|
В; UCA = |
В. |
|||||||||
Данные измерений внесены в табл. 1П. |
|
|
|
Таблица 1П |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Режим работы |
Uab , |
Ubc , |
Uca , |
IA , |
IB , |
IC , |
Iab , |
Ibc , |
Ica , |
трехфазной цепи |
В |
В |
В |
мА |
мА |
мА |
мА |
мА |
мА |
Симметричный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rab= Rbc=Rca= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=______ Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Несимметрич- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный Rab ___Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rbc=Rca= ___Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обрыв линии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аа. UAa= В, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rab=Rbc=Rca= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=______ Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обрыв фазы ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Включение фазы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С на нейтраль N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Работу выполнили: _____________________________________
Работу проверил: ______________________________________
3. Содержание отчета
1.Нарисовать схему трехфазной цепи.
2.По результатам измерений построить топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов для каждого режима трехфазной цепи.
3. Проверить выполнение выражения P3Ф = 3UЛIЛ cos ϕФ в симметричном
режиме работы цепи.
4. Выполнить расчет при включении фазы нагрузки на нейтраль источника.
Отчет по лабораторной работе № 10 «Трехфазная цепь, соединенная треугольником»
Схема исследуемой трехфазной цепи представлена на рис. 1П.
A |
IA |
|
|
a |
Iab |
|
|
|
|
|
RA |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
IB |
|
|
b |
Ibc |
|
|
|
|
|
RB |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
IC |
|
|
c |
Ica |
|
|
|
|
|
RC |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Линейные напряжения U AB = |
|
В; UBC = |
В; UCA = |
В. |
|
|
|||||||||||||||||||||
Результаты измерений представлены в табл. 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Режим работы |
|
Uab , |
Ubc , |
|
Uca , |
|
IA , |
IB , |
|
|
IC , |
|
Iab , |
|
Ibc , |
Ica , |
|||||||||||
трехфазной цепи |
|
В |
|
В |
|
В |
|
мА |
мА |
|
|
мА |
|
мА |
|
мА |
мА |
||||||||||
Симметричный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rab= Rbc=Rca= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
=______ Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Несимметричный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
режим Rab=___Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rbc=Rca=_____ Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обрыв линии Аа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Rab=Rbc=Rca=__Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
U Aa =___ В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Обрыв фазы ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Включение фазы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С на нейтраль N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Построение диаграмм
По данным табл. 1 в масштабах mU = ___ В/клетка; mI = ___ мА/клетка
построены топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов исследованных режимов.
Симметричный режим
Несимметричный режим
Обрыв линии Аа
Обрыв фазы ab
Включение фазы С на нейтраль N
Расчет мощности в симметричном режиме
Мощность P3Ф = 3UЛIЛ cos ϕФ =____________________________Вт,
P3Ф =3IA2 RA =________________________Вт.
Расчет при включении фазы нагрузки на нейтраль источника
Комплексные линейные напряжения:
Uab = |
В; Ubc = |
В; Uca = |
|
|
В. |
|
||||||
Фазные токи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Iab = |
Uab |
= |
А, Ibc = |
Ubc |
= |
|
А, Ica = |
Uca |
= |
А. |
||
|
|
|
|
|||||||||
|
Rab |
|
Rbc |
|
|
|
Rca |
|
||||
Линейные токи: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I A = Iab − Ica = |
|
|
|
А, I Aрасч |
= |
А, |
I Aэкс = |
А; |
||||
IB = Ibc − Iab = |
|
|
|
А, IBрасч |
= |
А, |
IBэкс = |
А; |
||||
IC = Ica − Ibc = |
|
|
|
А, ICрасч |
= |
А, ICэкс = |
А. |
|||||
Работу выполнил: _____________________________________
Работу принял: _______________________________________
Лабораторная работа № 11 Исследование линейной электрической цепи
несинусоидального периодического тока
Целью работы является экспериментальное подтверждение метода расчета цепи несинусоидального периодического тока.
1. Общие сведения
Периодическую несинусоидальную функцию, например напряжения u(t) = u(t +T ) , где Т – период, можно представить тригонометрическим рядом
Фурье
∞
u(t) =U0 +∑(Bk sin kωt +Ck cos kωt) ,
k =1
где U0 – постоянная составляющая; Bk sin kωt, Ck cos kωt – гармонические
составляющие.
Гармоническая составляющая, период Т которой равен периоду u(t) , на-
зывается основной. Остальные гармоники называются высшими.
Расчет линейной электрической цепи несинусоидального периодического тока основан на принципе наложения. Расчет цепи ведут отдельно для постоянной составляющей, основной и двух-трех высших гармоник.
Для расчета токов и напряжений гармонических составляющих используют комплексный метод расчета. При этом следует иметь в виду, что комплексные сопротивления индуктивности Z L (kω) = jkωL = jX L (kω) и емко-
сти Z C =1 jkωC = − jXC (kω) зависят от номера k гармоники. Принцип на-
ложения справедлив только для мгновенных значений несинусоидальных токов и напряжений. Ток и напряжение ветви:
n |
n |
i(t) = I0 + ∑ik (kωt) ; u(t) =U0 + ∑uk (kωt) , |
|
k =1 |
k =1 |
где n номер последней высшей гармоники, принятой в расчете. Действующее значение (например, тока i(t) ) рассчитывается по формуле
n
I = I02 +∑Ik2 ,
k =1
где I0 – постоянная составляющая, Ik −действующее значение k -й гармоники.
Активная мощность цепи равна сумме активных мощностей постоянной и гармонических составляющих
n
P =U0 I0 +∑Uk Ik cosϕk .
k =1
Реактивная и полная мощность определяется по формулам
|
n |
|
Q = ∑Uk Ik sin ϕk ; S = U I, |
|
k =1 |
n |
n |
где: U = ∑Uk2 , I = |
∑Ik2 действующие значения напряжения и тока. |
k =0 |
k =0 |
Коэффициент мощности kм = P S = P UI .
Для оценки степени отличия несинусоидальной кривой от синусоиды используют коэффициенты:
1 T
формы kФ = I Iср ( Icp = ∫i(t)dt – средне выпрямленное значение);
T 0
амплитуды kaм = I
Imax ( Imax – максимальное значение несинусоидального
тока);
искажения kис = I1 
I ( I1– действующее значение тока основной гармоники).
2. Содержание и порядок выполнения работы
Влабораторной работе экспериментально подтверждается метод расчета цепи несинусоидального тока, основанный на принципе наложения. Проводится два опыта.
Впервом опыте исследуют электрическую цепь с напряжением на входе
вформе знакопеременных импульсов (рис. 11.1). Ряд Фурье для такого напряжения имеет вид
u(t) = |
4Um |
sin (ωt )+ |
1 sin (3ωt )+ |
1 sin (5ωt )+... . |
|
|
|||||
|
π |
3 |
5 |
|
|
Во втором опыте на вход цепи подают напряжение синусоидальной формы, равное первой, третьей и пятой гармонике разложения исходного напряжения в ряд Фурье. Входные напряжения в опытах соответственно составляют:
u(1) (t) = 4Uπm sin (ωt );
|
u |
|
|
|
|
|
Um |
|
T 2 |
|
t |
||
|
T |
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
t |
0 |
π |
2π |
ω |
|||
−Um
Рис. 11.1
u(3) (t) = |
4Um |
sin (3ωt ); u(5) (t) = |
4Um |
sin (5ωt ). |
|
|
|||
|
3π |
5π |
||
Источником несинусоидального напряжения в форме знакопеременных импульсов является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Этот модуль также позволяет получить необходимые синусоидальные напряжения.
Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ и МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ. Рекомендуемые значе-
ния: L = 50, 60, 70 или 80 мГн; С = 56, 68 или 82 мкФ. Активное сопротивле-