Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

електротехніка лаби

.pdf
Скачиваний:
74
Добавлен:
05.02.2016
Размер:
424.43 Кб
Скачать

g1

 

R1

;

g2

 

R2

– активні провідності;

 

 

Z12

Z22

 

 

 

 

 

 

 

 

b

X1

 

;

b

 

X2

 

– реактивні провідності.

 

 

Z12

Z22

1

 

 

2

 

 

Рис. 3.2

Активні складові струмів гілок:

Ia1 I1 cos 1 Ug1, де cos 1 R1 ;

Z1

I

a

I

2

cos

Ug

, де

cos

 

R2

 

 

 

 

2

2

2

.

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реактивні складові струмів:

Ip I1 sin 1 Ub1 , де

sin 1

X

1

;

Z

 

1

 

1

 

 

 

 

I

 

I

 

sin

 

Ub

 

sin

 

X2

 

p

2

2

, де

.

 

 

 

2

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далі здійснюється перехід до еквівалентної схеми, зображеної на рис. 3.3, і

визначається активна, реактивна і повна провідності всього ланцюга:

g=g1+g2; b=b1+b2;

y

g2 b2 .

Рис. 3.3

Активна і реактивна складові загального струму І відповідно

Ia Ia1 Ia2 Ug;

Ip Ip2 Ip1 Ub.

Загальний струм в нерозгалуженої частині ланцюга

I Ia2 I2p Uy.

На останньому етапі здійснюється зворотній перехід від системи у-параметрів

до системи z-параметрів, тобто до еквівалентної схеми, приведеної на рис. 3.4, де

R

 

g

 

– активний опір ланцюга;

y2

 

 

 

X

 

b

 

– реактивний опір ланцюга.

 

y2

 

 

 

 

 

Рис. 3.4

Повний опір всього ланцюга

Z R2 X 2 .

Потужність в ланцюзі визначається наступним чином:

- активна, Вт:

P UI cos U2 g;

- реактивна, вар:

Q UI cos U 2b;

- повна, В·А:

 

 

.

S UI

P2 Q2

Коефіцієнт потужності cos P R .

S Z

Побудова векторних і топографічних діаграм

При аналізі ланцюгів синусоїдального струму окрім векторних діаграм застосовуються так звані топографічні діаграми напруг, які показують розподіл потенціалів точок ланцюга на координатній площині. Для їх побудови потенціал однієї з точок ланцюга приймають рівним нулю і відносно нього розраховують потенціали всіх точок ланцюга, які потім в масштабі відкладаються на координатній площині. Зазвичай топографічні діаграми напруг поєднують з векторними діаграмами струмів в ланцюзі.

В якості прикладу розглянемо загальний випадок активно-індуктивного і активно-ємнісного навантаження, що відповідає схемі, зображеній на рис. 3.1 (дослідження №1, табл. 3.1).

Вибираємо масштаб струмів і напруг. Приймаємо потенціал точки b рівним нулю. З точки b в довільному напрямку (рис. 3.5) відкладаємо вектор напруги Ū.

Реактивні складові струмів гілок Īр1 і Īр2 відкладаємо з точки b під кутом 90º до вектора напруги, причому ємнісний реактивний струм Īр2 відкладають в сторону випередження, а індуктивний реактивний струм Īр1 – в сторону відставання. Активні складові струмів гілок Īа1 і Īа2 будують з кінців векторів Īр1 і Īр2, що співпадають по фазі з вектором напруги Ū. Вектори реальних струмів гілок Ī1 і Ī2 будують, сумуючи геометрично відповідні активні і реактивні складові. Вектори Ī1 і Ī2 зміщені відносно вектора напруги відповідно на кути φ1 і φ2. використовуючи перший закон Кірхгофа в вузловій точці a або b схеми (рис. 3.1)

Ī= Ī1+ Ī2,

будуємо вектор загального струму Ī нерозгалуженої частини ланцюга, який зміщений відносно вектора напруги Ū на кут φ.

Рис. 3.5

При побудові топографічних діаграм за експериментальними даними табл. 3.1 (дослідження №1) з точки b під кутом 90º до вектора струму Ī1 в сторону випередження відкладаємо вектор напруги ŪL. Кінець вектора ŪL відповідає точці С ланцюга (див. рис. 3.1). з точки С паралельно вектору струму Ī1 відкладаємо вектор напруги ŪR1. Кінець вектора ŪR1 відповідає точці а ланцюга і повинен співпадати з кінцем вектора напруги джерела енергії Ū.

Для побудови топографічної діаграми, що відповідаю ланцюгу з активно-

ємнісним опором, з точки b під кутом 90º до вектора струму Ī2 в сторону відставання відкладаємо вектор напруги ŪС, кінець якого визначає положення точки d ланцюга. З

точки d в напрямку, що співпадає з вектором Ī2, відкладаємо вектор ŪR2. кінець вектора також співпадає з точкою а ланцюга.

При паралельному з’єднанні галок з активно-ємнісним і активно-індуктивним опорами (дослідження №1, табл. 3.1) можливі наступні випадки:

- якщо реактивна ємнісна складова струму Īp2 більше реактивної індуктивної складової струму Īp1, то вектор загального струму визначає по фазі вектор напруги Ū на кут φ і ланцюг має ємнісний характер (див. рис. 3.5);

-якщо Īр1р2, то вектор Ī відстає по фазі від вектора Ū і ланцюг має індуктивний характер;

-якщо Īр1р2, то кут зсуву фаз φ=0 і в ланцюзі виникає резонанс струмів.

Умовою виникнення резонансу струмів являється рівність реактивних

провідностей, тобто bL=bС. Сила струму в ланцюзі при резонансі

IÐÅÇ Ug2 (bL bC )2 Ug; φ=0; cos φ=1.

Векторна і топографічна діаграми ланцюга показані на рис. 3.6.

Рис. 3.6

При паралельному з’єднанні гілок з активно-індуктивним і активним опорами

(дослідження №2, табл. 3.1) реактивна ємнісна складова струму Ір2=0 (φ=0), а вектор загального струму Ī завжди відстає по фазі від вектора напруги Ū.

При паралельному з’єднанні гілок з активним і активно-ємнісним опорами

(дослідження №3, табл. 3.1) реактивна індуктивна складова струму Ір1=0 (φ=0), а

вектор загального струму Ī завжди випереджає по фазі вектор наруги Ū.

Контрольні питання для самоперевірки

1.Використовуючи результати вимірювань, показати, як виконується перший закон Кірхгофа в досліджуваному ланцюзі.

2.Показати, як розраховані параметри g, b, y за даними експерименту.

3.Суть методу еквівалентних перетворень параметрів z і y?

4.Пояснити побудову векторних і топографічних діаграм для різноманітних випадків паралельного з’єднання гілок з R, L, C елементами.

5.Умова виникнення резонансу струмів в ланцюгах змінного струму.

Лабораторна робота №4

Досліджування ланцюга трифазного змінного струму

при з’єднанні споживачів електричної енергії

по схемі «зірка» Мета роботи – експериментально дослідити ланцюг трифазного змінного

струму при симетричному і несиметричному навантаженнях; визначити роль нейтрального проводу; ознайомитися з особливостями розрахунку трифазних ланцюгів при різноманітних режимах навантаження.

План і порядок виконання роботи

1.Зібрати схему для експериментального дослідження ланцюга,

зображену на рис. 4.1. Для цього необхідно початки обмоток фаз А, В, С (виводи позначені зірочкою) блоку трифазної напруги об’єднати на набірному полі стенду в одну точку, що відповідає нейтралі генератора N. Кінці обмоток фаз А, В, С через розетки, замкнуті перемички, підключити до виводів трьох споживачів zа, zв, zс.

Другі виводи споживачів об’єднати в одну точку, що відповідає нейтралі навантаження n. Точки N і n схеми (див. рис. 4.1) з’єднати через розетку, замкнуту перемичку, нейтральним проводом. В якості навантажень використовувати елементи блоку змінного опору і навісні елементи комплекту, що входить в склад стенду.

Значення фазних напруг генератора UAN, UВN, UСN і параметри навантажень zа, zв, zс

задає викладач. Для вимірювання струмів і напруг використовувати комбінований вимірювальний прилад.

Рис. 4.1

2.Після перевірки схеми викладачем ввімкнути блок трифазної напруги.

Встановити режим симетричного навантаження з замкнутим нейтральним проводом.

Ввімкнути прилад в режим вимірювання струму. По черзі виміряти лінійні струми ІA, ІB, ІС і струм в нейтральному проводі ІN. Перевести прилад в режим вимірювання напруги. Виміряти фазні напруги Uan, Ubn, Ucn і лінійні напруги Uab, Ubc, Uca на навантаженнях. Дані вимірювань занести до табл. 4.1.

Таблиця 4.1

 

Режим

 

Іa,

Іb,

Іc,

Іn,

Uab,

Ubc,

Uca,

Uan,

Ubn,

Ucn,

UnN,

Pa,

Pb,

Pc,

P,

п/п

 

роботи

 

мА

мА

мА

мА

В

В

В

В

В

В

В

Вт

Вт

Вт

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Симетричне

навантаження

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Без

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несиметричне

навантаження

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Без

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

фази

 

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обрив

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nn

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Без

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Де Nn – нейтральний провід; РВ – результат вимірювання; С – ціна поділки; α

– відхилення стрілки приладу.

3.Розімкнути нейтральний провід, вийнявши перемичку з розетки

«нейтралі» (рис. 4.2). Виміряти лінійні струми. Виміряти фазні і лінійні напруги, а

також напругу UnN між точками n і N (див. рис. 4.1) Дані вимірювання занести до табл. 4.1.

Рис. 4.2

4.Встановити режим несиметричного навантаження з нейтральним проводом. Провести вимірювання аналогічно п. 2.

5.Розімкнути нейтральний провід і провести вимірювання аналогічно п.3.

6.Розімкнути один з лінійних проводів (за вказівкою викладача) і

замкнути нейтральний провід (рис. 4.3). Провести вимірювання аналогічно п. 2 (виключаючи вимірювання струму в «обірваному» лінійному проводі).

Рис. 4.3

7. Розімкнути нейтральний провід (рис. 4.4) і провести вимірювання

аналогічно п. 3.

Рис. 4.4

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

9.Використовуючи результати вимірювання розрахувати потужність фаз Ра, Рb, Рc і сумарну активну потужність трифазного навантаження ∑Р. Результати розрахунків занести до табл. 4.1.

10.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 ланцюзі 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 ланцюзі утворюється при ввімкненні в кожну з фаз однакових по значенню і характеру опорів, тобто zа=zb=zс, φаbс, 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 ланцюзі – різниця потенціалів між точками початку кожної фази і визначаються так:

 

 

 

 

Uan IaZa ;

 

 

Ubn IbZb ;

Ucn IcZc .

Лінійні напруги рівні геометричній різниці фазних напруг:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

ab Uan Ubn ;

U

bc 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. 4.1), яка має перевагу перед трипровідною системою (див. рис. 4.2). 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:

ĪNabc.

Лінійний струм – це струм в лінійному проводі. При з’єднанні навантаження в

«зірку» лінійний струм являється також і фазним струмом.