5.5. Лабораторная работа №5. Исследование трехфазных цепей

Цель работы

Проверка основных соотношений в трехфазной системе при соединении приемников звездой и треугольником при равномерной и неравномерной нагрузке.

Содержание работы

1. Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой с нулевым проводом.

2. Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой без нулевого провода.

3. Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки треугольником.

Виртуалные приборы и оборудование

Виртуальные приборы и оборудование для проведения лабораторной работы представлены на рис. 5.5.1. Здесь в отличие от предыдущих лабораторных работ использованы три новых блока.

1. Трехфазный источник напряжения (Three-Phase Source).

2. Однофазная нагрузка, задаваемая величинами активной и реактивной мощности (Series RLC Load).

3. Блок измерения трехфазных напряжений и токов (Three-PhaseV-I Measurement).

Окно настройки параметров трехфазного источника питания показано на рис. 5.5.2. В полях окна задаются амплитуда напряжения, начальная фаза напряжения фазы А, частота и внутренние параметры источника (сопротивление и индуктивность). Эти параметры задаются преподавателем и не изменяются при выполнении всех пунктов лабораторной работы. При самостоятельном изучении рекомендуется сохранить значения параметров такими, как на рис. 5.5.2.

Рис. 5.5.1. Виртуальные приборы и оборудование для проведения работы

Рис. 5.5.2. Окно настройки параметров трехфазного источника питания

Окно настройки параметров блока измерения показана на рис. 5.5.3.

Как следует из описания блока (рис. 5.5.3), для представления измеряемых значений в относительных величинах необходимо включить соответствующие флажки. Важнейшей особенностью применения данного блока является то, что измеренные им величины наблю­даются в блоке Powergui, т.е. этот блок может для определенных задач заменить блок Multimeter.

Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 5.5.4. Здесь задаются действующее напряжение и частота нагрузки, которые должны быть равны действующему напряжению и частоте источника, активная и реактивные мощности нагрузки.

Рис. 5.5.3. Окно настройки параметров блока измерения

Рис. 5.5.4. Окно настройки параметров нагрузки

Порядок выполнения работы

Модель для проведения опытов пп. 1 и 2 лабораторной работы представлена на рис. 5.5.5. После проведения моделирования на дисплее высвечиваются значения активных мощностей в фазах А, В, С и значения реактивных мощностей в тех же фазах.

Рис. 5.5.5. Модель для исследования трехфазной цепи при соединении звезда-звезда

Значения величин, измеренных блоком Powergui, показаны на рис. 5.5.6. Здесь кроме напряжений и токов в фазах нагрузки измеряются напряжение U₀ и ток I_o. Проведение всех опытов по пункту 2 работы осуществляются в соответствии с таблицей 5.5.1. Параметры источника питания и нагрузки задаются преподавателем или выбираются равными или близкими, показанным в окнах (рис. 5.5.2, 5.5.4) значениям при самостоятельном изучении. При неравномерной нагрузке в фазе А мощности устанавливаются в 1,2-1,8 раза большие, чем при равномерной нагрузке.

Рис. 5.5.6.Окно блока Powergui

При проведении измерений без нулевого провода необходимо отсоединять от «земли» (ground) нейтральную точку (N) источника питания.

Таблица 5.5.1.

Режим работы

Измерения

Вычисления

U1

Io

UA

UB

UC

IA

IB

IC

PA

PB

PC

QA

QB

QC

φA

φA

φC

1.Равномерная нагрузка: а) с нулевым проводом; б) без нулевого провода. 2. Неравномерная нагрузка: а) с нулевым проводом; б) без нулевого провода. 3. Обрыв линейного провода: а) с нулевым проводом; б) без нулевого провода. 4. Короткое замыкание фазы без нулевого провода.

Таблица 5.5.2.

Режим работы	Измерения
	φUo	φIo	φUA	φUB	φUC	φIA	φIB	φIC
1: а) б) 2: а) б) 3: а) б) 4.

В отдельную таблицу (таблица 5.5.2) записываются начальные фазы всех измеряемых блоком Powcrgui начальных фаз для построения векторных диаграмм.

Испытание трехфазной цепи при соединении звезда-треугольник осуществляется на модели, показанной на рис. 5.5.7.

Рис. 5.5.7. Модель исследования трехфазной цепи при соединении звезда-треугольник

Здесь нагрузка соединена по схеме треугольника с включенными блоками измерения фазных токов (I_AB, I_BC, I_CA) для блока Powergui. Окно настройки параметров нагрузки показано на рис. 5.5.8. Следует еще раз напомнить, что в первом поле следует ввести значение напряжения, приложенного к нагрузке. Здесь, как видно из рис. 5.5.8, введено значение линейного напряжения источника питания. Активные и реактивные мощности в фазах нагрузки высвечиваются на экране дисплея после проведения моделирования (рис. 5.5.7). Фазные напряжения и токи, а также линейные токи определяются с помощью блока Powergui, окно которого показано на рис. 5.5.9.

Рис. 5.5.8. Окно настройки параметров нагрузки

Рис. 5.5.9. Окно блока Powergui

Проведение всех опытов по пункту 3 работы осуществляется в соответствии с таблицей 5.5.3. Параметры источника питания и нагрузки задаются преподавателем или выбираются равными или близкими показанным в окне (рис. 5.5.8) значениям при самостоятельном изучении. При неравномерной нагрузке в фазе А мощности устанавливаются в 1,2-1,8 раза большие, чем при равномерной нагрузке. В отдельную таблицу (таблица 5.5.4) записываются начальные фазы всех измеряемых блоком Powergui начальных фаз для построения векторных диаграмм.

Таблица 5.5.3.

Режим работы

Измерения

UA

UB

UC

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

PA

PB

PC

QA

QB

QC

1.Равномерная нагрузка 2.Неравномерная нагрузка 3.Обрыв линейного провода а) при равномерной нагрузке б) при неравномерной нагрузке 4. Обрыв одного фазного провода 5. Обрыв двух фазных проводов

Таблица 5.5.4.

Режим работы	Измерения
	φUA	φUB	φUC	φIAB	φIBC	φICA	φIA	φIB	φIC
1 2 3 a) б) 4 5

Содержание отчета

1. Модели с характеристикой виртуальных измерительных приборов.

2. Расчетные формулы.

3. Заполненные таблицы.

4. Векторные диаграммы для всех пунктов работы.

5. Выводы по работе.

Библиографический список

1. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB. SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс, 2007. – 288 с., ил. (Серия «Проектирование»).

2. Герман-Галкин С.Г. Линейные электрические цепи. Лабораторные работы. – Спб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. – 192 с. ил.

3. Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в MatLab: Учебный курс.- СПб.: Питер, 2004.-250с. ил.

61