Електротехніка та електроніка

Рис. 3.2

5. Розімкнути один з лінійних проводів (за вказівкою викладача) і замкнути нейтральний провід (рис. 3.3). Провести вимірювання аналогічно п. 2 (виключаючи вимірювання струму в «обірваному» лінійному проводі).

Рис. 3.3

6. Розімкнути нейтральний провід (рис. 3.4) і провести вимірювання аналогічно п. 3.

12

Рис. 3.4

7.Після перевірки результатів вимірювань викладачем вимкнути джерело напруги і розібрати схему дослідження.

8.Використовуючи результати вимірювання розрахувати потужність фаз Ра, Рb, Рc і сумарну активну потужність трифазного навантаження ∑Р. Результати розрахунків занести до табл. 3.1.

9.За даними вимірювань побудувати в масштабі векторні діаграми струмів і топографічні діаграми напруг для всіх режимів навантаження.

Короткі теоретичні відомості

З’єднання приймачів енергії в трифазному колі по схемі «зірка» об’єднанням кінців фаз навантаження в нейтральну точку n, при цьому початки фаз навантаження підключені до мережі лінійними проводами.

Симетричне навантаження в трифазному колі утворюється при ввімкненні в кожну з фаз однакових по значенню і характеру опорів, тобто zа=zb=zс, φа=φb=φс, де φа, φb, φс – кути зсуву фаз між фазовими струмами і напругами. Якщо одна з вказаних умов не виконується, то навантаження несиметричне.

Фазні напруги в такому колі – різниця потенціалів між точками початку кожної фази і визначаються так:

Uan IaZa ; Ubn IbZb ; Ucn IcZc .

Лінійні напруги рівні геометричній різниці фазних напруг:

Uab Uan Ubn ; Ubc Ubn Ucn ; Uca Ucn Uan .

Якщо обмотки трифазного генератора з’єднанні також в «зірку» і нейтральна точка генератора N з’єднана з нейтральною точкою навантаження n, то утворюється чотирипровідна трифазна система (див. рис. 3.1), яка має

13

перевагу перед трипровідною системою (див. рис. 3.2). При наявності нейтрального проводу, незалежно від значень і характеру навантаження, фазні напруги генератора рівні фазним напругам на навантаженні:

UAN Uan ; UBN Ubn ; UCN Ucn .

Відповідно рівні і лінійні напруги генератора і навантаження. Якщо рівні між собою фазні напруги генератора, то рівні і фазні напруги на навантаженні.

При відсутності нейтрального проводу, при несиметричному навантаженні порушується рівність фазових напруг на навантаженні і виникає напруга зміщення нейтралі ŪnN.

Таким чином, нейтральний провід слугує для вирівнювання фазних напруг на навантаженні, що має велике практичне значення з точки зору споживачів електричної енергії. Трипровідна трифазна система застосовується лише у випадках симетричного навантаження (наприклад, для живлення трифазних двигунів змінного струму).

Струм в нейтральному проводі на основі першого закону Кірхгофа визначається як геометрична сума лінійних струмів:

ĪN=Īa+Īb+Īc.

Лінійний струм – це струм в лінійному проводі. При з’єднанні навантаження в «зірку» лінійний струм являється також і фазним струмом.

При симетричному навантаженні фаз приймача (а при наявності нейтрального проводу і при несиметричному навантаженні) лінійна напруга більше фазної в 3 раз: UЛ 3UФ .

Сумарні значення потужності визначаються наступним чином:

при симетричному навантаженні

-активна, Вт: P 3UФІФ cos 3UЛ ІЛ cos ;

-реактивна, вар: Q 3UФІФ sin 3UЛ ІЛ sin ;

-повна, В·А: S 3UФІФ 3UЛ ІЛ P2 Q2 ;

Розглянемо побудову векторних і топографічних діаграм за даними вимірювань. Зазвичай всі побудови проводять на топографічному трикутнику лінійних напруг мережі. Для знаходження нейтралі навантаження з кожної вершини топографічного трикутника циркулем проводять засічку радіусами, рівними фазним напругам. Точка пересікання цих засічок і визначає нейтраль навантаження n.

14

Вектор струмів зручно будувати виходячи з точки n. Кожний струм будується в відповідності до своєї величини і напрямком відносно своєї фазної напруги на навантаженні.

На рис. 3.5 показана векторна діаграма струмів і топографічна діаграма напруг для режиму симетричного активного навантаження з нейтральним проводом. Вектори нейтральних (фазних) струмів співпадають по напрямку з векторами відповідних фазних напруг. Як видно з рис. 4.5 струм в нейтральному проводі рівний нулю.

Рис. 3.5

За відсутності нейтрального проводу (див. рис. 3.2) і симетричному навантаженні зміщення нейтральної точки навантаження n відносно нейтральної точки генератора N не відбувається. Тому векторна і топографічна діаграми не відрізняються від приведеної на рис. 3.5.

У випадку несиметричного навантаження з нейтральним проводом в ньому виникає струм ĪN (рис. 3.6).

Рис. 3.6

При обриві нейтрального проводу (див. рис. 3.2) і несиметричному навантаженні з’являється напруга зміщення нейтралі (рис. 3.7). В відповідності до першого закону Кірхгофа геометрична сума лінійних струмів

15

Īa+Īb+Īc=0.

Рис. 3.7

Якщо розімкнути один з лінійних проводів і залишити замкнутим нейтральний провід, то трифазна система стає двохфазною (див. рис. 3.3). Навіть при симетричному навантаженні в нейтральному проводі з’являється струм (рис. 3.8)

ĪN=Īb+Īc.

Рис. 3.8

При обриві нейтрального і лінійного проводів трифазний ланцюг вироджується в однофазний ланцюг змінного струму (див. рис. 3.4). В цьому випадку на затискачах ланцюга діє лише одна лінійна напруга Ubс (рис. 3.9), яка розподіляється на навантаженнях zb і zс пропорційно їх опорам. Нейтральна точка навантаження n переміщується на вектор Ūbс і з’являється напруга зміщення нейтралі ŪnN. Лінійні струми, що залишились (Іb і Іс), рівні по величині і протилежні по напрямку.

16

Рис. 3.9

Якщо навантаженням в трифазній системі являються не активні, а комплексні опори, то векторні діаграми відрізняються від розглянутих тим, що між векторами фазних (лінійних) струмів і векторами відповідних фазних напруг існують кути фазових зсувів φа, φb, φc.

Контрольні питання для самоперевірки

1.Як утворюється з’єднання однофазних приймачів зіркою в трифазні ланцюги? Намалюйте схему.

2.Як визначити вид навантаження – симетрична чи несиметрична?

3.Поняття про фазні і лінійні напруги і відношення між ними. Як їх виміряти практично в схемі?

4.Струми в трифазних ланцюгах при з’єднанні споживачів «зіркою».

5.Призначення нейтрального проводу. Чому не ставлять запобіжник в нейтральний провід?

6.Як визначаються за досліджуваними даними активна, реактивна і повна потужності трифазного ланцюга?

7.Як розрахувати аналітично і знайти графічно силу струму в нейтральному проводі?

8.Пояснити побудову векторних діаграм для досліджуваних в лабораторній роботі випадків, а також для випадків навантаження в фазі будьякого характеру (активного, реактивного).

9.Напишіть миттєві значення фазних напруг симетричного трифазного

джерела.

10.Від чого залежить фазна напруга на затискачах приймача при відсутності нейтрального проводу?

17

Лабораторна робота № 4

Дослідження однофазного трансформатора

Мета роботи – Навчитися визначати за дослідом холостого ходу, короткого замикання та роботою під навантаженням коефіцієнт трансформації, втрати потужності в сталі та обмотках, коефіцієнт корисної дії, а також величину зміни вторинної напруги, взаємозв’язок між струмами первинної та вторинної обмоток.

Порядок виконання роботи

1.Ознайомитися з паспортними даними трансформатора та занести їх до табл.4.1.

Таблиця 4.1

2. Ознайомитися з монтажною схемою лабораторного стенду. Монтажна схема стенду відповідає принциповій електричній схемі (рис. 4.1). Визначити розміщення на робочому столі пакетних вимикачів, що подають до схеми напругу змінного струму; електровимірювальних приладів (вольтметрів, амперметрів, ватметрів), що використовуються в даній лабораторній роботі; вимикачів, регулюючих навантаження трансформатора; автотрансформатора, регулюючого напругу, що подається на первинну обмотку досліджуваного трансформатора; штепсельних роз’ємів, необхідних для підключення вимірювальних приладів.

Рис. 4.1 Схема дослідження

18

3.Провести дослід холостого ходу трансформатора.

Встановити на вимірювальних приладах необхідні граничні межі вимірювань відповідно паспортним даним трансформатора і напруги мережі

(220 В).

Підключити вольтметр U3 до затискачів вторинної обмотки (a x). Якщо на затискачах встановлена перемичка – її необхідно зняти. Вимикачі навантажень трансформатора T1 T4 встановити в положення «Вимкнено». Схему показати викладачу для перевірки.

Встановити ручкою автотрансформатора (АТ) номінальну напругу на первинній обмотці досліджуваного трансформатора 220 В.

Результати вимірів приладів і їх ціни поділок записати в табл.4.2. Дані вимірювань показати викладачу.

Дані вимірів занести до табл. 4.2. По даним вимірів розрахувати коефіцієнти трансформації K і потужності cos 10 , втрати потужності в сталі PCТ

і кут магнітного запізнення δ.

Таблиця 4.2

Замикаючи по черзі вимикачі навантажень T1 ,T2 ,T3 ,T4 , встановити різні значення навантаження трансформатора. При цьому струм I2 зростає при збільшенні навантаження. Для кожного нового навантаження записати в табл.1.3 показники вимірювальних приладів і ціну їх поділок. Граничне навантаження повинне відповідати номінальним струмам І1 та І2 в первинній та вторинній обмотках трансформатора. Дані вимірювань показати викладачу

19

Побудувати векторну діаграму трансформатора для випадку номінального навантаження (I2 I2H ).

Таблиця 4.3

5. Виконати дослід короткого замикання трансформатора.

Встановити ручку АТ в нульове положення. При цьому напруга на первинній обмотці трансформатора U1 повинна бути близькою до нуля.

Вольтметр V3 відключити від затискачів вторинної обмотки трансформатора (a x) і підключити до затискачів первинної обмотки ( A X ), встановивши межу вимірювання шкали 30…15 В, а межу вимірювання