3. Описание лабораторной установки.

Для проведения опытов на лицевой панели стенда смонтирована установка (рис. 1.5), которая питается от четырехпроводной сети трехфазного тока чераз автоматический выключатель. В каждой фазе поставлены резистор R=500 Ом, дроссель X_L=600 Ом, конденсатор X_C=300 Ом. Каждый элемент может быть исключен из цепи (замкнут накоротко) с помощью соответствующего тумблера П2 – П10.

Рис. 1.5. Принципиальная схема исследуемой установки

Для подключения измерительных приборов предусмотрены разъемы с перемычками. Ток I, напряжение U, активная мощность Р и фазовый угол сдвига φ измеряются с помощью измерительной схемы, показанной на рис. 1.6.

В измерительной цепи используется амперметр с пределом измерения 1А и двухпредельный вольтметр (150; 300 В) электромагнитной системы.

Для измерения активной мощности используется ваттметр электродинамической системы.

Рис. 1.6. Схема измерительной цепи

Для измерения угла φ между током и напряжением в фазах используется фазометр, выполненный на интегральных микросхемах. Шкала его проградуирована в градусах (-200^оС – 0 – +200^оС).

4. Методические указания

• Нагрузка фаз задана в табл.1.1. Для включения, например, элементов R и С соответствующие тумблеры надо разомкнуть, а тумблер, шунтирующий индуктивную катушку, замкнуть, сопротивление фазы при этом Z_ф=R-jX_C .

Внимание! Исключение элемента из фазы осуществляется шунтированием его соответствующим тумблером. Не допускается одновременное включение всех тумблеров в фазе, так как это приводит к короткому замыканию фазы и опасно при исследовании цепи с нейтралью.

Сопротивления линейного и нейтрального проводов значительно меньше сопротивления фазы, поэтому им можно пренебречь.

• Для измерения тока необходимо разомкнуть соответствующую перемычку и в разъем вставить вилку измерительной цепи. Напряжение измеряется между штекером со звездочкой вилки и штекером вольтметра.

Например, для того чтобы измерить напряжение U_ca, нужно:

• снять перемычку в фазе с;

• вставить в разъем вилку;

• штекер вставить в гнездо фазы а.

Для измерения напряжения смещения нейтрали необходимо к клеммам в разъеме нейтрального провода присоединить штекер вольтметра и штекер с меткой звездочка.

Для измерения фазной мощности вилку включить в разъем фазы, штекер в гнездо нейтральной точки n.

На рис. 1.7 показана схема для измерения активной мощности в трехпроводной цепи методом двух ваттметров.

Рис. 1.7. Схема измерения активной мощности трехфазной

цепи двумя ваттметрами

• При симметричной нагрузке сопротивления фаз одинаковы, токи и напряжения в фазах равны между собой по величине и сдвинуты по фазе на 120^о. Между линейными и фазными напряжениями имеет место соотношение .

Ток в нейтральном проводе равен нулю I_N=0.

При разомкнутом нейтральном проводе напряжение смещения нейтрали также равно нулю (U_Nn=0). Это говорит о том, что при симметричной нагрузке необходим нейтральный провод. Мощность, потребляемая всей системой , Р=3Р_ф.

При построении векторной диаграммы следует учитывать знак угла φ. Активно-индуктивной нагрузке соответствует φ>0, то есть напряжение опережает ток по фазе(рис. 1.8, а).; при активно-емкостной нагрузке φ<0, ток опережает напряжение.

• При обрыве линейного провода напряжение на фазе а приемника равно нулю.

При наличии нейтрального провода на приемниках в фазах в и с обрыв в фазе а не сказывается (рис. 1.8, б).

При отсутствии нейтрального провода приемники в фазах в и с оказываются соединенными последовательно, приложенное к ним линейное напряжение U распределяется поровну между приемниками энергии в фазах в и с (рис. 1.8, в).

• При несимметричной нагрузке сопротивления в фазах различны по величине и по характеру. В четырехпроводной системе («звезда» с нейтралью) напряжения на фазах равны по величине, а токи I_ф различны, вследствие чего возникает ток в нейтральном проводе (рис. 1.8, г).

Рис. 1.8. Примеры векторных диаграмм для исследуемых режимов: а - симметричный режим при активно-индуктивной нагрузке Z_ф=R-jX_C; φ>0; б - обрыв линейного провода Аа при одинаковых активно-емкостных нагрузках в фазах в и с в трехпроводной системе («звезде» без нейтрали); Z_B=Z_c=R-jX_C; φ_ф<0; в - обрыв линейного провода Аа в цепи п.2, но в четырехпроводной системе («звезда» с нейтралью); г - несимметричный режим четырехпроводной системы («звезда» с нейтралью); Z_a=R; φ_a=0; Z_b=R+jX_b; φ_b>0; Z_c=R-jX_c; φ_c<0; Ĩ_N= Ĩ_A+Ĩ_B+Ĩ_C; д) несимметричный режим в трехпроводной системе, фазные сопротивления такие же, как в случае г

• В трехпроводной несимметричной системе («звезда» без нейтрали) появляется напряжение между нейтральными точками генератора и приемника (смещение нейтрали).

При построении векторной диаграммы этого режима необходимо исходить из того, что линейные напряжения остались неизменными, и потенциалы точек А и а; В и в; С и с соответственно равны, так как падением напряжения в линейных проводах пренебрегаем, (А; В; С – фазы генератора; а, в, с – фазы приемника). Из точки а циркулем откладываем U_a и делаем засечку, из точки в – откладываем U_b, из точки с - U_c. Вектор, проведенный из точки N в точку N' – есть напряжение смещения нейтрали U_NN. Зная расположение точки на векторной топографической диаграмме, легко построить векторы фазных напряжений и фазных токов (рис. 1.8, д).

Мощность трехпроводной системы может быть определена двумя способами:

• как сумма фазных мощностей Р=Р_а+Р_в+Р_с;

• как сумма показаний двух ваттметров, включенных по схеме (рис.1.7) P=P'+P".