Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3.3. ПРОГРАММА РАБОТЫ

Ч. 1. Расчетное и экспериментальное исследование цепи при изменении емкости параллельной ветви

1.На основании задания (табл. 3.1) выполните все расчеты и графические построения, указанные в 3.1.1. Результаты расчета запишите

втабл. 3.2, постройте графические зависимости, аналогичные показанным на рис. 3.2, и векторную диаграмму токов (см. рис. 3.3) для одной из строк табл. 3.2, исключая значения емкости C = 0 и C = Cрез.

2.Соберите исследуемую цепь согласно pиc. 3.4. Ориентируясь на данные расчета задачи 1, выберите пределы измерения приборов, рассчитайте их цены делений.

3.Включите исследуемую цепь под напряжение и настройте ее на резонанс при заданных значениях параметров, как указано в п. 3.1.2.

4.Произведите необходимые измерения при С = Срез и при всех других значениях емкости. Данные измерений запишите в табл. 3.3.

5.По указанию преподавателя проведите измерения для двух случаев, когда в цепи включена одна индуктивная катушка и один конденсатор при Срез. Результаты измерений запишите в табл. 3.3 (строки 8 и 9).

6.Используя результаты измерений, рассчитайте значения проводимостей и запишите их в табл. 3.3 (результаты вычислений).

7.По опытным данным постройте зависимости тока I в неразветвленной части цепи, токов IR, IK и IС в ветвях и коэффициента мощности cos φ от емкости C конденсатора, как показано на рис. 3.2, и векторные диаграммы токов для случаев, когда включены все три

ветви при BL = BC; BL > BC и BL < BC

8.Запишите технические данные приборов.

9.Проведите анализ полученных результатов, в котором:

– сравните расчетные и экспериментальные данные;

– оцените расхождения между значениями токов в катушке и в

конденсаторе при резонансе токов в экспериментальном исследовании цепи, объясните причину этих расхождений;

43

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

– сравните значения коэффициента мощности cos , найденные по показаниям ваттметра, вольтметра и амперметра в неразветвленной части цепи, с показаниями фазометра;

Ч. 2. Расчетное и экспериментальное исследование цепи при компенсации реактивной мощности

1.На основании задания (табл. 3.1, задача 2) выполните расчет. Результаты расчета запишите в табл. 3.4.

2.Соберите исследуемую цепь согласно рис. 3.4. Ориентируясь на данные расчета задачи 2, выберите пределы измерения приборов, рассчитайте цены делений их шкал.

3.Включите цепь под напряжение и установите значения напряжения, активной мощности и cos φ1 (без конденсатора), как указано в п. 3.2.2. Данные измерений запишите в табл. 3.5.

4.Включите в цепь конденсатор расчетной емкости и произведите измерения мощности, токов и cos φ2. Данные измерений запишите в табл. 3.5.

5.Проведите анализ полученных результатов, в котором:

–сравните расчетные и экспериментальные данные;

–сравните заданное значение коэффициента мощности cos 2 со значением, полученным в результате эксперимента.

3.4.Контрольные вопросы

1.Как изменять активную, индуктивную и емкостную проводимости цепи?

2.При каком условии в цепи с параллельным соединением электроприемников возникает резонанс токов?

3.Как по показаниям электроизмерительных приборов определить, что в цепи возник резонанс токов?

4.Как при настройке цепи установить заданное значение индуктивности и активной проводимости цепи?

5.Как проводится экспериментальное исследование цепи?

6.Как установить исходные данные в задаче по компенсации реактивной мощности?

7.Как проводится опыт по компенсации реактивной мощности?

44

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

4.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящей работа — ознакомление с методами расчета трехфазной цепи, получение навыков включения измерительных приборов, коммутирующей аппаратуры, навыков соединения однофазных электроприемников звездой и треугольником, освоение методов измерения в трехфазной цепи. В данной работе в качестве электроприемников используются проволочные реостаты, обладающие активным сопротивлением. Работа состоит из двух частей:

ч. 1. «Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой»;

ч. 2. «Исследование трехфазной цепи при соединении приемников треугольником».

Экспериментальному исследованию предшествует теоретический расчет несимметричного электроприемника, который студент выполняет дома. Объем работ указан в разделе 4.4. Программа работ.

При выполнении обеих частей работы необходимо руководствоваться следующими понятиями.

Фазное напряжение (Uф) — напряжение между началом и концом фазы (фазой электроприемника является реостат).

Линейное напряжение (Uл) — напряжение между линейными проводами (между проводами А – a, В – b, С – c, соединяющими начала фаз источника питания и электроприемника) или началами разных фаз источника (например, между А и В) или приемника (между a и b , между b и c и т. д.). На электрических схемах линейные провода обозначаются буквами L1, L2 и L3.

Фазный ток (Iф) — ток в фазе.

Линейный ток (Iл) — ток в линейном проводе.

Нейтральная точка — место соединения концов фаз электроприемника (или источника) в узел при соединении их звездой.

45

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Нейтральный провод (N – n) — провод, соединяющий нейтральные точки источника напряжения (N) и электроприемника (n). На электрических схемах его обозначают буквой N. Ток в нейтральном проводе обозначают IN. Нейтральный провод предназначен для выравнивания напряжений на зажимах приемника при неравномерной нагрузке приемника, соединенного звездой.

Равномерная (симметричная) нагрузка — нагрузка, когда ак-

тивное и реактивное сопротивления во всех фазах приемника одинаковы, в противном случае нагрузка является неравномерной. При равномерной нагрузке трехфазные системы токов и напряжений электроприемника являются симметричными, т. е. во всех фазах токи и напряжения имеют одинаковые действующие значения и сдвинуты по фазе друг относительно друга на 2 /3, активные Рф, реактивные Qф и полные Sф мощности во всех фазах приемника равны.

4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ

Каждому студенту преподаватель выдает одно расчетное задание из табл. 4.1, в которой приведены параметры цепи. Объем работы указан в разделе 4.4. Программа работы.

Таблица 4.1

Расчетные задания для исследования трехфазной цепи при соединении электроприемников звездой (Uл = 220 В)

46

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4.2.1. Указания по расчету токов при соединении электроприемников звездой с нейтральным проводом (четырехпроводная сеть)

Во всех расчетах принимают, что система линейных (Uл) и фазных (Uф) напряжений источника питания симметрична, причем Uл=220 В, а сопротивление линейных и нейтрального проводов настолько мало, что им можно пренебречь. В этом случае при наличии нейтрального провода потенциал нейтральной точки n приемника будет всегда равен потенциалу нейтральной точки N источника напряжения. Тогда система фазных (Uф) напряжений приемника будет симметричной как при симметричной, так и несимметричной нагрузках, при этом действующие значения фазных напряжений приемника и источника равны друг другу:

Ua = Ub = Uc = Uф = UА = UВ = UС = Uф,

где Ua, Ub, Uc — действующие значения фазных напряжений электроприемника; UА, UВ, UС — фазные напряжения источника напряжения, а сдвиг по фазе составляет 2 /3.

Необходимо произвести следующие расчеты.

Действующие значения фазных токов электроприемника, обладающего только активным сопротивлением, находят по формулам:

ния;

Ra, Rb, Rc — активные сопротивления фаз приемника, указанные в задании (табл. 4.1).

Ток в нейтральном проводе определяют по первому закону

47

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Так как система фазных напряжений симметричная и фазы приемника обладают только активным сопротивлением, то векторы фазных токов сдвинуты по фазе относительно друг друга на 2 /З (на 120 ), а их действующие значения зависят только от сопротивлений Ra, Rb, Rc фаз приемника и, в общем случае, могут отличаться друг от друга. При симметричной (равномерной) нагрузке, когда Ra = Rb = Rc, действующие значения токов во всех фазах равны, поэтому ток в нейтральном проводе равен нулю, т. е. IN = 0.

Для вычисления тока IN в нейтральном проводе при неравномерной нагрузке из найденных по (4.1) токов следует выделить ток, имеющий минимальное значение Imin. Из других фазных токов также следует выделить часть, равную Imin. Токи Imin во всех фазах приемника представляют симметричную систему, которая создает ток в нейтраль-

ном проводе, равный нулю. Тогда ток в нейтральном проводе будет определяться только двумя токами: I' (Iср Imin ) и I" (Imax Imin ) ,

сдвинутыми по фазе на 120 (рис. 4.1), где Iср и Imax — среднее и максимальное значения фазных токов, найденных по (4.1). Из векторной диаграммы следует, что ток в нейтральном проводе может быть найден как:

48

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ток в нейтральном проводе можно найти также из векторной диаграммы токов, построенной на основании уравнения (4.2).

Найденные значения токов записывают в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Результаты расчетов трехфазной цепи при соединении электроприемников звездой

Исходные данные:Uл = 220 В, Ra =... Ом, Rb =...Ом, Rc =... Ом

4.2.2. Описание схемы электрической цепи

Схема исследуемой электрической цепи приведена на рис. 4.2. В качестве приемников электрической энергии в ней используют проволочные реостаты Ra, Rb и Rc.

К подвижным контактам ваттметрового переключателя S2 подключена последовательная (токовая) обмотка ваттметра. С помощью

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

этого переключателя последовательную обмотку ваттметра PW можно включить либо в линейный провод L1 (верхнее положение), либо в линейный провод L2 (нижнее положение). Одновременно с этим генераторный зажим параллельной обмотки ваттметра присоединяется к линейным проводам L1 или L2 соответственно. Второй зажим параллельной обмотки ваттметра PW с помощью переключателя S3 можно подключить либо к линейному проводу L3 (на схеме левое положение переключателя), либо к нейтральной точке n приемника (правое положение переключателя). При этом на параллельную обмотку ваттметра будет подано либо линейное напряжение между проводами L1 и L3 (напряжение Uac) или между проводами L2 и L3 (напряжение Ubc), либо фазное напряжение Ua или Ub.

С помощью выключателя S4 включают и отключают нейтральный провод. При включенном нейтральном проводе получаем четырехпроводную цепь, при отключенном — трехпроводную.

4.2.3. Проведение измерений в цепи и обработка результатов измерений

Перед включением выключателя S1 (см. рис. 4.2) следует убедиться, что реостаты Ra, Rb и Rc имеют максимальные сопротивления. Затем включают трехфазный электроприемник в сеть и включают нейтральный провод. Изменяя сопротивление реостатов, устанавливают равномерную нагрузку (по указанию преподавателя), при которой все фазные токи равны. Проводят измерения с включенным нейтральным проводом и без него.

Для получения режима неравномерной нагрузки при включенном нейтральном проводе (в четырехпроводной цепи) изменяют сопротивления фаз приемника так, чтобы фазные токи были равны расчетным значениям.

Затем, не изменяя сопротивлений реостатов, отключают нейтральный провод и получают заданный режим неравномерной нагрузки в трехпроводной цепи.

50

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Измеряют все величины, указанные в табл. 4.3. В этой таблице сделаны прочерки против тех величин, которые не измеряют. Для измерения фазной мощности Рф = UфIфcos необходимо, чтобы в последовательной обмотке ваттметра был фазный ток, а на параллельную его обмотку было подано фазное напряжение. При соединении приемников звездой линейные токи равны фазным токам и поэтому в верхнем положении переключателя S2 в последовательной обмотке ваттметра имеем фазный ток Iа. Для подачи фазного напряжения на параллельную обмотку необходимо соединить не генераторный зажим этой обмотки с нейтральной точкой n, для чего переключатель S3 необходимо включить в правое положение. Ваттметр измерит мощность Ра фазы а. Для измерения Рb переключатель S2 необходимо включить в нижнее положение.

Для измерения мощности методом двух ваттметров (в трехпроводной цепи), переключив S3 в левое положение, на параллельную обмотку ваттметра подают линейное напряжение: Uac — для измерения мощности Р' и Ubc — для измерения мощности Р". Соответственно, ваттметровый переключатель S2 включают в верхнее (P') и нижнее (Р") положения. Для измерения

напряжения UN вольтметр включают между нейтральными точками источника питания и приемника (практически к разомкнутым контактам выключателя S4).

Кроме того, по указанию преподавателя могут быть воспроизведены некоторые аварийные режимы, например, обрыв фазы приемника

(рис. 4.3).

51