Порядок выполнения работы.

2.1. Собрать цепь в соответствии с составленной схемой звезда с нейтральным проводом (Рис.3.9). В каждой фазе нагрузки установить сопротивления R=(100+N) Ом, N – номер фамилии студента по ведомости. Подключить цепь к трехфазному источнику.

В схему включить 6 вольтметров PV для измерения фазных и линейных напряжений источника, 3 амперметра PA — для измерения линейных токов цепи. Дополнительный амперметр включить для измерения тока в нейтральном проводе.

2.2. Установить симметричный режим.

Измерить фазные и линейные напряжения источника, линейные токи в каждой фазе и ток в нейтральном проводе. Данные занести в таблицу 3.1.

2.3. Отсоединить нейтральный провод и повторить измерения. Результаты занести в таблицу 3.1.

2.4. Оборвать провод в одной из фаз. Сделать замеры. Полученные данные занести в таблицу 3.1

2.5 Аналогично выполнить измерения при несимметричном режиме, изменив в одной из фаз значение сопротивления. Результаты измерений записать в таблицу 3.1.

2.6. Собрать цепь в соответствии со схемой треугольник и подключить ее к источнику (Рис.3.10).

2.7. Установить симметричный режим. Измерить напряжения на фазах нагрузки и токи в цепи. Данные занести в таблицу 3.2.

2.8. Аналогично выполнить измерения при несимметричном режиме, изменив в одной из фаз значение сопротивления. Результаты измерений записать в таблицу 3.2.

2.9 Оборвать провод в одной из фаз. Сделать замеры. Полученные. Данные занести в таблицу 3.2.

3 По результатам работы

3.1. Рассчитать активные мощности цепей ,приняв Cosφ=0,95. Результаты записать в соответствующие таблицы.

3.2. Построить в масштабе векторные диаграммы для симметричных и несимметричных режимов (для «звезды» и «треугольника»).

3.3. Сделать выводы по результатам работы.

Рисунок 3.9 Соединение потребителей по схеме «звезда"

Рисунок 10. Соединение потребителей по схеме «треугольник"

Таблица 3.1.

«Звезда»

ЗАМЕРИТЬ

ВЫЧИСЛИТЬ

Характер нагрузки

Uл, В

Uа, В

Uв, В

Uс, В

Iа, А

Iв, А

Iс, А

IN, А

Pа, Вт

Pв, Вт

Pс, Вт

∑P, Вт

Uл/Uа

Uл/Uв

Uл/Uс

S, ВА

Cosφ

С нейтральным (нулевым) проводом

симметр.

н/сим.

обрыв фазы

Без нейтрального (нулевого) провода

симметр

н/сим

обрыв фазы

Таблица 3.2.

«Треугольник»

ЗАМЕРИТЬ

ВЫЧИСЛИТЬ

Характер Нагрузки

Фазные напряжения

Фазные токи

Линейные токи

P, Вт

IС,А

S, ВА

Cosφ

Uав,В

Uвс,В

Uса,В

Iав,А

Iвс,А

Iса,А

IА,А

IВ,А

симметричная

не симметр.

обрыв фазы

2.8. По данным таблиц 3.3 и 3.4 построить векторные диаграммы напряжений и токов в различных режимах.

Контрольные вопросы

1.Какая схема трехфазного источника чаще всего используется в электротехнике и почему?

Как называются провода, соединяющие трехфазный источник с нагрузкой.

3. Назовите способы соединения фаз источника э.д.с. и нагрузки в трехфазной цепи. .

4. Поясните назначение нейтрального провода при несимметричной нагрузке. .

5. Напишите соотношения между фазными и линейными напряжениями при соединении потребителей звездой

6. Начертите схему трехфазной цепи при соединения обмоток генератора и нагрузки «треугольником».

7. Запишите соотношения между фазными и линейными токами при соединении нагрузки «треугольником».

8. Что такое симметричный режим трехфазной цепи?

9. Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричном режиме.

10. Запишите формулы для определения активной, реактивной и полной мощности трехфазной цепи при симметричном режиме.

11. Начертите векторную диаграмму токов для трехфазной цепи, соединенной «треугольником», при симметричном режиме.

Лабораторная работа 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ.

Цель работы: Исследование режимов работы линии при изменении Cosφ.

Работающие установки потребляют активную и реактивную мощность и энергию. Лампы накаливания и электронагревательные приборы потребляют практически только активную мощность. Двигатели, трансформаторы, дроссели, линии электропередачи и др. являются потребителями как активной, так и реактивной мощности.

Потребность электроустановок в активной и реактивной мощности полностью удовлетворяется за счет энергии, вырабатываемой генераторами электростанций. Активную энергию электроприемники преобразуют в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую. Реактивная энергия пульсирует между генераторами и потребителями, непроизводительно загружая электрическую сеть током.

Коэффициент мощности определяется по формуле

Cosφ=P/S

Чем выше Cosφ, потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии. Он показывает, как используется номинальная мощность источника. Так , для питания потребителя мощностью 1000 кВт при Cosφ=0,5 мощность генератора должна быть

S=P/Cosφ= 1000/0,5=2000 кВ*А,

а при Cosφ=1 S=1000кВт.

В процессе эксплуатации электроустановок коэффициент мощности изменяется с изменением значения характера нагрузки.

Низкий Cosφ потребителя приводит:

- к необходимости увеличения полной мощности электрических станций и трансформаторов;

- к понижению коэффициента полезного действия генераторов и трансформаторов;

- к увеличению потерь мощности (напряжения) в проводах и например, конденсаторов Причины низких значений коэффициента мощности:

- недогрузка электродвигателей переменного тока;

- неправильный выбор типа электродвигателя;

- повышение напряжения сети;

- неправильный ремонт электродвигателя.

Способы повышения коэффициента мощности:

- правильный выбор типа, мощности и частоты вращения вновь устанавливаемых электродвигателей;

- увеличение загрузки электродвигателей;

- недопущение работы двигателей вхолостую продолжительное время;

-правильный и высококачественный ремонт электродвигателей;

-применение устройств, компенсирующих реактивную мощность, например, конденсаторов.

Рис.4.1 Схема замещения ЛЭП.

В данной работе сопротивление ЛЭП условно отнесено к одному проводу и представлено на стенде последовательно включенными индуктивностью L1 и резистором R3. Нагрузка линии при этом имеет активно-индуктивный характер с эквивалентными параметрами L2, R4, а конденсатор C1 предназначен для повышения коэффициента мощности. Таким образом, в первом приближении ЛЭП совместно с нагрузкой можно рассматривать в качестве цепи (рис. 4.1) с последовательным соединением элементов L1, R3, L2, R4.

В линиях электропередачи переменного тока (ЛЭП) следует различать падение напряжения и потерю напряжения

Падение напряжения U есть векторная разность напряжения U1 на входе линии и напряжения U2 на её выходе и не даёт однозначной зависимости между действующими значениями напряжений.

U = U1 - U2 = I*Z,

где Z - полное сопротивление линии.

Другой расчётной характеристикой ЛЭП является коэффициент полезного действия.

 = P2/P1 = P2/(P2 + P),

где: P2 - активная мощность нагрузки;

P - потери мощности в ЛЭП.

Если учесть, что Р2 = U2*I*Cos2, а P = I²*R3,

то при неизменных параметрах линии (R3 = const), а также мощности P2 и напряжении U2 КПД линии будет тем выше, чем больше коэффициент мощности Cos2 нагрузки.

Коэффициент мощности показывает, как используется номинальная мощность источника. Так, для питания потребителя мощностью 1000 кВт при = 0,5 мощность генератора должна быть

S=P/ Cos=1000/0,5=2000кВА,

а при Cos = 1, S = 1000 кВА.

Следовательно, повышение Cos увеличивает степень использования мощности генераторов. Чтобы повысить экономичность энергетических установок, повышают Cos – используют батареи конденсаторов, подключаемые параллельно индуктивной нагрузке (рисунок 4.2а.).

Емкость конденсатора, необходимую для повышения Cos от существующего значения Cos1 до требуемого Cos2, можно определить по диаграмме (рисунки 4.2. б и в). При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I1 отстает от вектора напряжения на угол . Активная составляющая тока Iа совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока Iр1 отстает от него на 90° (рисунок 2 б).

После подключения к потребителю батареи конденсаторов ток I определяется как геометрическая сумма векторов I1 и Iс. При этом вектор емкостного тока Iс опережает вектор напряжения на 90° (рисунок 2. в). Из векторной диаграммы видно, что , т.е. после включения конденсатора коэффициент мощности повышается от Cos1 до Cos2.

Повышение Cos за счёт подключения конденсаторов обусловлено тем, что часть реактивного тока Iр1 нагрузки компенсируется ёмкостным током Ic и результирующий реактивный ток уменьшается до значения Iр.

Емкость конденсатора можно рассчитать при помощи векторной диаграммы токов (рисунок 4.2в)

Iс= Iр1- Iр= Ia tg1- I tg2=ωCU

Учитывая, что P=U Ia, запишем емкость конденсатора

C= Ia(tg1- tg2)/ ωU=P(tg1- tg2)/ ωU²

На практике обычно коэффициент мощности повышают не до 1,0, а до 0,90...0,95, так как полная компенсация требует дополнительной установки конденсаторов, что часто экономически не оправдано.

Рис.4.2 Принцип повышения Cos: а)-схема замещения; б- существующее значение Cos; в) – требуемое значение Cos.

При Ic = Ip индуктивная составляющая тока полностью компенсируется ёмкостным током Ic и в цепи, образованной потребителем и батареей конденсаторов, наступает резонанс токов.

Важной особенностью резонанса токов является то, что ток потребителя с батареей конденсаторов становится в этом случае минимальным и чисто активным, а КПД линии достигает максимального значения.

Таблица 4.1

Паспортные данные к работе

N	R3, Ом	R4, Ом
1 2 3	32 49 30	50 67 70