Электротехника (схемотехника)
.pdfЛабораторна робота № 5
“ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ТРИФАЗНИХ КІЛ ЗМІННОГО СТРУМУ”
Мета роботи – дослідження трифазних кіл із різними способами з’єднання приймачів, особливостей роботи з симетричним і несиметричним навантажен- ням.
Лабораторна робота складається з двох частин:
-домашньої підготовки;
-аудиторної роботи.
ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА:
а) вивчити матеріал за поданою темою з [1]. Можна вивчити ці питання за будь - яким підручником; б) ознайомитись з методичними вказівками до лабораторної роботи.
в) підготувати бланк звіту про лабораторну роботу.
АУДИТОРНА РОБОТА ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
У роботі досліджується робота трифазних кіл з активним навантаженням.
1. Дослідження роботи трифазного кола при вмиканні приймача зір- кою
Запустити програму EWB. Відкрити файл “Шаблон”, що містить на полі компонентів Favorites субблоки ватметру і трифазного генератора. Зберегти його у папці Мои докумен-ты\Група....
1. Збирання схеми:
- зібрати коло за принциповою схемою рис.1 звіту про лабораторну роботу. Унаслідок збирання отримуємо схему для дослідження роботи трифазного ко- ла, що наведена нижче, де:
• трифазний генератор моделюється ідеальним трифазним джерелом синусоїдної напруги ENGINE з затискачами А, В, С, N;
- 40 -
•амперметри РА1-РА4 вимірюють діючі значення струмів Iа, Ів, Іс у фа-
зах а, в, с трифазного приймача, а також струм ІN у нейтральному прово- ді;
•вольтметр РV вимірює діючі значення напруг: фазних Uа, Ub, Uc (на
затискачах а-х, в-у, с-z вiдповiдно) і лінійних Uab, Ubc, Uca (на затискачах а-b, в-c, с-a вiдповiдно);
•ватметр РW вимірює активну потужність у фазі а навантаження;
•осцилограф використовується для візуального контролю миттєвих значень фазних напруг, а також вимірювання кута зсуву фаз;
•вимикачі SA1-SA3 підключають фази а, в, с навантаження до відпові- дних затискачів фаз джерела живлення А, В, С;
-згідно з таблицею 1, для вибраного варіанту, перенести значення опорів фаз трифазного приймача у відповідні стовпці а-х, в-у, с-z табл.2 і табл.3 бланка звіту для симетричного і несиметричного навантаження;
-встановити параметри приладів, що використовуються в схемі (вольтметр
іамперметри вимірюють змінну величину – параметр АС).
Таблиця 1. Вихідні дані
N |
Симетричне навантаження |
Несиметричне навантаження |
||||
п/п |
Ra, Ом |
Rb, Ом |
Rc, Ом |
Ra, Ом |
Rb, Ом |
Rc, Ом |
1 |
6 |
6 |
6 |
6 |
4 |
4 |
2 |
10 |
10 |
10 |
10 |
8 |
8 |
3 |
8 |
8 |
8 |
8 |
6 |
6 |
4 |
3 |
3 |
3 |
3 |
1 |
1 |
5 |
24 |
24 |
24 |
24 |
20 |
20 |
6 |
32 |
32 |
32 |
32 |
28 |
28 |
7 |
16 |
16 |
16 |
16 |
14 |
14 |
8 |
40 |
40 |
40 |
40 |
38 |
38 |
9 |
12 |
12 |
12 |
12 |
10 |
10 |
10 |
20 |
20 |
20 |
20 |
18 |
18 |
11 |
30 |
30 |
30 |
30 |
28 |
28 |
1.2. Дослідження роботи симетричного приймача
1.2.1. Дослідження чотирипровідного кола (при наявності нейтрального проводу):
-встановити в кожній фазі опори згідно з варіантом завдання (симетричне навантаження);
-увімкнути вимикачі SА1-SА3;
-запустити процес моделювання схеми;
-виконати вимірювання напруг послідовним підключенням вольтметра PV до відповідних затискачів;
-результати вимірювання напруг і показання амперметрів записати в рядок
1табл.2 бланка звіту;
-41 -
-записати значення потужності, що показує ватметр PW і розрахувати по- тужність трифазного кола (Р=3·РW);
-вимкнути загальний вимикач схеми.
1.2.2. Дослідження трипровідного кола (нейтральний провід відсутній)
Від генератора до приймача надходять лінійні напруги, фазні напруги утворюються на фазах приймача.
-виключити нейтральний провід зі схеми (з’єднання між точкою N і ам- перметром РА4);
-запустити процес моделювання схеми;
-виконати вимірювання напруг;
-результати вимірювання напруг і показання амперметрів записати в рядок 2 табл.2 бланка звіту.
-вимкнути загальний вимикач схеми.
1.2.3. Зняття осцилограм системи фазних напруг:
-з’єднати загальну точку трифазного приймача з землею (компонент «За- землення» панелі Sources);
-підключити осцилограф для спостереження напруг фаз а і b. Для цього з’єднати початок фази а (точка а) з входом каналу А осцилографа, початок фази
в(точка в) з входом каналу В осцилографа. Встановити колір цього провідника червоним;
-запустити процес моделювання схеми;
-відкрити осцилограф у розширеній модифікації.
-отримати на екрані зображення одного-двох періодів синусоїдних напруг фаз а і в з урахуванням Um, T (встановити відповідні масштаби напруги, часу);
-зробити паузу в роботі схеми;
-визначити фазовий зсув між напругами. Для цього:
•пересунути курсором візирні лінії: червону (1) - у точку перетину си- нусоїди напруги фази а з віссю часу, синю (2) - у точку перетину синусо- їди напруги фази в з віссю часу (при збільшенні напруг);
•знайти різницю у часі (Т2-Т1) між синусоїдами напруг - висвітлюєть- ся у правому віконці на екрані осцилографа;
•визначити кут зсуву фаз за формулою: φа-в =360·(Т2-Т1)/Т (для стан- дартної частоти f=50 Гц, період Т дорівнює 0,02 с) і записати у рядок 1 табл. 2.2 бланка звіту;
•скопіювати осцилограми напруги фаз а і в у бланк звіту (рис. 3). Зна- чення кута зсуву фаз φа-в записати поряд з рис. 3;
-підключити осцилограф для спостереження напруг фаз а і с. Для цього з’єднати початок фази с (точка с) з входом каналу В осцилографа. Встановити колір цього провідника червоним;
-відновити процес моделювання схеми;
-отримати на екрані зображення одного-двох періодів синусоїдних напруг фаз а і с;
-визначити кут зсуву фаз φа-с;
-перенести осцилограму напруги фази с на рис. 3 бланка звіту з урахуван- ням кута зсуву фаз. Значення кута зсуву фаз φа-с записати поряд з рис. 3;
-42 -
- вимкнути загальний вимикач схеми.
1.3. Дослідження роботи несиметричного приймача 1.3.1. Дослідження трипровідного кола:
-встановити значення опорів, що вказані в табл.2 (для режиму несиметри- чного навантаження).
-запустити процес моделювання схеми;
-виконати вимірювання і записати результати в рядок 3 табл.2. бланка зві-
ту;
-отримати осцилограми системи фазних напруг згідно з вказівками попе- реднього пункту і скопіювати їх у бланк звіту (рис.4).
1.3.2.Дослідження чотирипровідного кола:
-розірвати зв’язок нейтральної точки приймача з землею;
-відновити підключення нейтрального проводу (з’єднання між точкою N і амперметром РА4);
-запустити процес моделювання схеми;
-провести вимірювання, результати записати в рядок 4 табл.2 бланка звіту;
-вимкнути загальний вимикач схеми.
1.4. Увімкнення однофазних приймачів на фазну напругу
На фазну напругу однофазні приймачі вмикаються між лінійними або лі- нійним і нейтральним дротом, в залежності від номінальної напруги приймача і джерела.
-вимкнути вимикачі SA2, SA3;
-запустити процес моделювання схеми;
-провести вимірювання напруги Ua, струмів Іа і ІN, записати результати в рядок 5 табл.2 бланка звіту;
-вимкнути загальний вимикач схеми.
2. Дослідження роботи трифазного кола при вмиканні приймача три- кутником
Увімкнення одного і того самого симетричного приймача (наприклад дви- гун) зіркою або трикутником надає можливість його використовувати при двох різних лінійних напругах мережі, які знаходяться в співвідношенні √3 (напри- клад 380/220 В). Фазна напруга приймача при цьому залишається незмінною.
2.1. Збирання схеми:
-зібрати коло за принциповою схемою рис.2. бланка звіту. Унаслідок зби- рання отримуємо схему для дослідження роботи трифазного кола, що наведена нижче, де:
•амперметри РА1-РА3 вимірюють лінійні струми IА, ІВ, ІС, що надхо- дять від трифазного джерела живлення;
•амперметри РА4-РА6 вимірюють струми Iсz, Івy, Іах у фазах а, в, с три- фазного приймача;
•вольтметр РV вимірює лінійні Uab, Ubc, Uca напруги, які є одночасно фазними напругами приймача;
-відкрити субблок трифазного генератора ENGINE і зменшити напруги фа- зних джерел живлення в √3 раз. Лінійні напруги також зменшаться в √3 раз.
-43 -
2.2. Дослідження роботи симетричного приймача:
-установити значення опорів в кожній фазі згідно з варіантом завдання (симетричний трифазний приймач);
-увімкнути вимикачі SА1-SА5;
-запустити процес моделювання схеми;
-записати показання приладів у рядок 1 табл.3;
-вимкнути загальний вимикач схеми.
2.3.Дослідження роботи несиметричного приймача:
-задати параметри опорів згідно з варіантом завдання (несиметричний трифазний приймач);
-запустити процес моделювання схеми;
-провести вимірювання і записати результати в рядок 2 табл.3 бланка звіту;
-вимкнути загальний вимикач схеми.
2.4.Увімкнення однофазного приймача на лінійну напругу:.
-увімкнути опори лише в фазі а. Для цього вимкнути вимикачі S4, S5;
-запустити процес моделювання схеми;
-записати результати вимірювання в рядок 3 табл.3 бланка звіту;
-вимкнути загальний вимикач схеми.
ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ
а) За розділом 1: Побудувати у відповідному масштабі векторні діаграми струмів приймача: для симетричного приймача - за даними рядка 1 табл.2, для несиметричного приймача - за даними рядків 3 і 4 табл.2.
Вказівка: Для активного приймача кут зсуву між фазними напругами і струмами φ=0о. Струм нейтралі побудувати за векторною формулою:
ІN = Ia + Ib + Ic.
б) За розділом 2: Побудувати у відповідному масштабі векторні діаграми фазних і лінійних струмів приймача: для симетричного приймача за даними ря- дка 1 табл.3, для несиметричного приймача за даними рядка 2 табл.3.
Вказівка: Лінійні струми треба будувати за допомогою векторних формул:
IА =Iax – Icz; IВ = Iby – Iax; IС = Icz – Iby.
Визначити потужність трифазного кола для симетричного приймача Р∆. в) Письмово відповісти на питання, наведені в бланку звіту.
- 44 -
ЗВІТ
про лабораторну роботу № 5 “ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ТРИФАЗНИХ КІЛ ЗМІННОГО
СТРУМУ”
Група |
П.І.Б. студента |
Дата |
Підпис викладача |
|
|
|
|
1. Дослідження роботи трифазного кола при ввімкненні приймача зіркою.
|
QF |
FU1 |
|
PA1 |
|
|
X |
A |
|
|
|
||
|
A |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PA2 |
|
PV |
Y |
B |
FU2 |
|
|
V |
|
|
A |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Z |
C |
FU3 |
|
PA3 |
|
|
|
A |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
b |
a |
|
G |
N |
|
Ic |
Ib |
Ia |
|
|
|
||||
Коло трифазного джерела |
PA4 |
A |
|
|
|
|
|
: |
|
|
Rc |
Rb |
Ra |
|
|
|
|
|||
|
Uф = |
IN |
|
z |
y |
x |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Uл =
Рис.1. Принципова схема трифазного джерела і приймача ввімкнених зіркою
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 2 |
||
|
|
|
|
|
Наявність дротунейтр |
|
|
|
|
Вимірювання |
|
|
|
|
||
|
Значення |
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Напруги |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
опорів фази |
|
|
|
|
|
|
|
Струми |
|
||||||
№ |
прийма- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ча |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а-х |
в-у |
с-z |
|
Uab |
Ubс |
|
Uca |
Ua |
Ub |
Uc |
Ia |
Ib |
Іc |
IN |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
В |
В |
|
В |
В |
В |
В |
А |
А |
А |
А |
1 |
|
|
|
симетр. |
з N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
симетр. |
без N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
несим. |
без N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
несим. |
з N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
одноф. |
з N |
Х |
Х |
|
Х |
|
Х |
Х |
|
Х |
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PW = |
|
|
|
|
РY = |
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3. Осцилограма фазних напруг при увімкнені симетричного приймача. Рис.4. Осцилограма фазних напруг при увімкнені несиметричного приймача.
- 45 -
2. Дослідження роботи трифазного кола при ввімкненні приймача трикутником
QF |
PA1 |
IA |
A |
FU1 |
|
|
A |
|
B |
PA2 |
IB |
FU2 |
|
|
|
A |
|
C |
PA3 |
IC |
FU3 |
|
|
|
A |
|
|
c |
b |
|
|
a |
|
PV |
|
|
|
|
|
|
V |
R |
|
R |
b |
|
R |
|
c |
|
|
|
а |
|
Icz |
|
Iby |
y |
|
Iax |
x |
|
z |
|
|
|
||
PA4 |
A |
PA5 |
A |
|
PA6 |
A |
Рис.2. Принципова схема трифазного кола при з'єднанні приймача трикутником
Таблиця 3
№ |
Значення опорів |
Тип |
|
|
|
|
|
Вимірювання |
|
|
|
||||
|
|
фази |
приймача |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напруги |
|
|
|
Струми |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
а-х |
в-у |
с-z |
|
Uab |
|
Ubc |
|
Uca |
IА |
IВ |
IС |
Iax |
Iby |
Icz |
|
|
|
|
|
В |
|
В |
|
В |
А |
А |
А |
А |
А |
А |
1 |
|
|
|
симетр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
несиметр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
однофазн. |
|
|
|
|
|
|
|
Х |
|
Х |
Х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р∆=
Відповісти на питання:
1.Які дві системи напруг утворює трифазне джерело, що з’єднано зіркою з нейтральним дротом? Яке співвідношення між цими напругами?
2.Яке призначення нейтрального дроту? Які порушення в електропоста- чанні можливі з пошкодженням нейтрального дроту?
3.Яке співвідношення між фазними і лінійними струмами симетричного приймача, що ввімкнений в трифазне коло трикутником??
4.Порівняйте значення потужностей, що отримали для схем з’єднання “зірка” і “трикутник”. Зробить висновок.
-46 -
СПИСОК ЛIТЕРАТУРИ
1.Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І. Мілих. – К.:Каравела, 2007. – 688 с.
2.Електротехніка: Підручник / За заг. ред. В. І. Коруда. – 3-тє вид., переробл. і доп. – Львів: "Магнолія плюс"; 2005. - 447 с.
3.Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. Під- ручник. — Львів: Афіша, 2001. - 424 с.
4.Загальна електротехніка. Підручник. Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф.: К.: Ка-
равела, 2012. – 296 с.
- 47 -
Навчальне видання
СХЕМОТЕХНІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання лабораторних робіт з курсу “Електротехніка”
Розділ
“ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА”
Автори:
Костенко Володимир Іванович, професор, зав. каф. електротехніки ДонНТУ; Сажин Володимир Олександрович, доцент кафедри електротехніки ДонНТУ; Тютюнник Наталя Леонідівна, ст.. викладач кафедри електротехніки ДонНТУ.
Відп. за випуск: В.О. Сажин, доцент кафедри електротехніки ДонНТУ.