електротехніка лаби

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 Īр1<Īр2, то вектор Ī відстає по фазі від вектора Ū і ланцюг має індуктивний характер;

-якщо Īр1=Īр2, 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

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, 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 ланцюзі – різниця потенціалів між точками початку кожної фази і визначаються так:

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:

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.