ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ. СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗВЕЗДОЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. К. Э. ЦИОЛКОВСКОГО

Кафедра «Электроника и информатика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.

СОЕДИНЕНИЕ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЗВЕЗДОЙ

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Электротехника и электроника»

Составители: А. И. Высоцкий

А. А. Пяткин

М. Н. Румянцева

Москва 2005

1. ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к лабораторной работе по исследованию трехфазных электрических цепей написаны применительно к учебой программе курса «Электротехника и электроника» и предназначены для студентов всех специальностей.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Приобретение навыков проведения эксперимента и исследование режимов трехфазных цепей при соединении приемников звездой.

3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Трехфазная цепь при соединении приемника звездой (условное обозначение ) может быть четырехпроводной (рис. 2.1) или трехпроводной (рис. 2.2). Точка источника трехфазного напряжения и точка приемника (нагрузки) называются нейтральными точками, а провод, соединяющий эти точки, называется нейтральным (или нейтралью). Три провода А-а, В-в, С-с, соединяющие источник с приемником называются линейными.

Точки в линейных проводах называются линейными, а точки в фазах приемника – фазными. При соединении приемника звездой соответствующие линейные токи равны фазным .

Напряжения между линейными проводами , и называются линейными.

Напряжения , и между нейтральными точками источника и соответствующим линейным проводом называются фазными напряжениями источника питания.

Напряжения , , между началом каждой фазы приемника (а, в, с) и нейтральной точкой приемника называются фазными напряжениями приемника.

Определяем токи фаз приемника в комплексной форме

; ; (2.1)

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Ток в нейтральном проводе

. (2.2)

Нагрузка называется симметричной, если .

При симметричной нагрузке токи всех фаз имеют одинаковые действующие значения

(2.3)

а ток в нейтральном проводе равен нулю.

Для любой нагрузки справедливы соотношения (2.4), полученные по второму закону Кирхгофа (пренебрегаем сопротивлениями линейных проводов),

; ; (2.4)

При наличии нейтрального провода () для симметричного, так и для несимметричного приемника, а при отсутствии нейтрального провода только для симметричного приемника справедливо соотношение между действующими значениями линейных и фазных напряжений

, (2.5)

где

Для симметричной активной нагрузки на рис.2.3 показана векторная диаграмма токов и напряжений для четырехпроводной (с нейтральным проводом) и трехпроводной цепей, а на рис. 2.4 – для несимметричной активной нагрузки, включенной в четырехпроводную цепь.

Для несимметричной нагрузки при отсутствии нейтрального провода (трехпроводная цепь) фазные напряжения приемника не будут представлять симметричную систему векторов, так как действующие значения этих напряжений не будут равны между собой, а их фазовый сдвиг относительно друг друга будет отличаться от 120. В этом случае между нейтральными точками и появляется разность потенциалов , называемая смещением нейтрали, и фазные напряжения приемника определяем по второму закону Кирхгофа для контуров , , :

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Рис. 2.5

; ; (2.6)

Векторная диаграмма, рис. 2.5, для несимметричной нагрузки и трехпроводной цепи строится по результатам измерений фазных напряжений приемника методом засечек из вершин А, В, С треугольника линейных напряжений , и .

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ. ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСТНОСТИ

Перед работой студент должен ознакомится с инструкцией по технике безопасности и расписаться в журнале по технике безопасности. Работа выполняется под руководством преподавателя или лаборанта. Категорически запрещается производить включение или отключение электроизмерительных приборов или осуществлять какую либо коммутацию включенных источников питания.

Лабораторная работа производится на универсальном стенде типа ЭВ4, на лицевой части которого находится несколько панелей. Панель № 2 стенда предназначена для проведения лабораторной работы, содержит 3 амперметра с пределами измерения 0-1 А, регулируемые и постоянные резисторы соответственно по 150 Ом и 100 Ом. Измерения фазных и линейных напряжений осуществляется с помощью цифрового вольтметра типа В7-22, установленного на панели № 8. Для измерения тока в нейтральном проводе следует использовать амперметр на панели № 3 с пределом измерений 0-1 А. В левой части стола расположены гнезда А, В, С, N трехфазного источника питания, к которым подключается нагрузка.

Для проведения лабораторной работы собирается схема согласно рис. 3.1.

Рис. 3.1

1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомится с лабораторным стендом, выявить назначение всех кнопок, регулирующих ручек и измерительных приборов, относящихся к данной лабораторной работе.

2. При отключенном то стенда напряжении произвести монтаж электрической схемы в соответствии с рис. 3.1. В качестве нагрузок фаз использовать постоянные и регулируемые резисторы, расположенные на панели № 2 стенда.

3. Исследовать четырехпроводную цепь:

а) установить симметричную нагрузку фаз с помощью регулируемых резисторов; подать питание. Для этого включить тумблер, расположенный под откидным столом с правой стороны; нажать кнопку «ВКЛ» в левой части горизонтальной панели стенда. При этом должна загореться лампа световой индикации «Сеть». Записать показания всех приборов в табл. 4.1. Убедиться, что ток в нейтральном проводе равен нулю;

б) установить несимметричную нагрузку, изменяя сопротивления фаз. Записать показания всех приборов в табл. 4.1. Убедиться, что приемника при этом остается неизменным.

4.4 Исследовать трехпроводную цепь:

а) разомкнуть цепь нейтрального провода;

б) установить симметричную нагрузку во всех фазах с помощью регулируемых резисторов, записать показания всех приборов в табл. 4.1. Убедиться, что напряжения смещения нейтрали равно нулю;

в) установить несимметричную нагрузку, изменяя сопротивления фаз, записать показания приборов в табл. 4.1.

4.5 По результатам опытов пунктов 4.3 и 4.4 рассчитать отношения между и ; построить в масштабе полные векторные диаграммы, рис. 2.3-2.5.

4.6 Рассчитать по измеренным значениям токов и напряжений сопротивления фаз, используя соотношения:

; ; . (4.1)

Таблица 4.1

Вычисленные величины

Rc

Rв

Ra

Uл * Uф

Измеренные величины

UnN

UCA

UBC

UAB

* Отношение Uл определяется только для заданий № 1 и №3 Uф

Uc

Uв

Ua

IN

IC

IB

IA

Число соединительных проводов

4

4

3

3

Нагрузка активная

Симметричная

Несимметричная

Симметричная

Несимметричная

№ задания

1

2

3

4

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель лабораторной работы

2. Принципиальные электрические схемы трехфазных цепей, вычерченные согласно ГОСТу, рис. 2.1 и рис. 2.2.

3. Перечень измерительных приборов с их краткой характеристикой.

4. Результаты измерений и расчета, сведенные в табл. 4.1.

5. Векторные диаграммы, рис. 2.3-2.5.

6. Выводы по работе.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как осуществляется соединение приемника звездой?

2. Какие провода называются линейными?

3. Какие напряжения называются линейными и фазными?

4. Чему равно отношение действующих значений напряжений и токов фаз приемника?

5. Каково назначение нейтрального провода?

6. Как рассчитать ток в нейтральном проводе?

7. Какие соотношения между линейными и фазными напряжениями справедливы при любой нагрузке?

8. Для каких случаев линейное напряжение больше фазного в раз?

9. Что называется смещением нейтрали?

10. Изменятся ли напряжения и токи при обрыве нейтрального провода для симметричной и несимметричной нагрузки?

11. Как связаны фазные напряжения источника и приемника для несимметричной нагрузки?

8. ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника и основы электроники / Под ред. О. П. Глудкина и Б. П. Соколова. – М.: Высшая школа, 1993.

2. Электротехника и электроника / Под ред. В. Г. Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1996.

ОГЛАВЛЕНИЕ