8.3. Електричні величини, що характеризують роботу люмінесцентної лампи

Тип лампи	Дослідні дані					Допоміжні дані
	Напруга,B			сила струму	потужність активна	Sу,	Sдр,	Zу,	cosφ
	U1	U2	U3	I2, А	Р, Вт	ВА	ВА	Ом

Допоміжні дані в таблиці 8.3 розраховуються за такими формулами :

а) повна потужність установки Sу =U₁ · I₂;

б) повна потужність дроселя Sдр = U₂ · І₂;

в) повний опір установки Zу = U/I₂;

г) коефіцієнт потужності соsφ = P/ Sy.

Лабораторна робота N 9

Дослідження кола трифазного змінного струму при з'єднанні струмоприймачів зіркою

1 Мета роботи

1.1. Провести дослідження режимів роботи кола трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів зіркою.

1.2. Засвоїти метод знаходження нейтрального і лінійних провідників у трифазному чотирипровідному колі.

1.3. Встановити експериментально співвідношення між лінійною і фазною напругами при різних навантаженнях струмоприймачів.

1.4. З'ясувати вплив обриву лінійного і нейтрального провідників на роботу струмоприймачів.

1.5. Ознайомитись з методами вимірювання потужності в трифазному колі.

1.6. Навчитись будувати векторні діаграми напруги і струмів для кіл трифазного змінного струму при з'єднанні струмоприймачів зіркою.

1 Загальні теоретичні відомості

Коло трифазного змінного струму - це сукупність трьох однофазних кіл, в яких одночасно діють три рівні за величиною і зміщені за фазою одна відносно іншої на третину періоду (120°) синусоїдні е.р.с. однакової частоти (рис. 7.1а).

З'єднання, при якому кінці трьох струмоприймачів з опором Z_А, Z_В, Z_С, з'єднані в одну точку, а до їх початків підведена напруга трифазного змінного струму, називається зіркою (рис. 7.1б). Кожний із цих однофазних струмоприймачів називають фазою.

Точка з'єднання кінців споживачів називається нейтральною, а провідник, який з'єднує її з нейтральною точкою джерела – нейтральним провідником. Решту провідників, які з'єднують джерело із споживачем, називають лінійними.

Напруги між лінійними провідниками U_АВ, U_ВС, U_СА називаються лінійними, а між нейтральними і лінійними провідниками - фазними напругами (U_А, U_В, U_С). Лінійна і фазна напруга зв'язані між собою векторними рівняннями:

; ; . (7.1)

Струми в лінійних провідниках називають лінійними, а струми в струмоприймачах (у фазах) – фазними. При з'єднанні струмоприймачів зіркою лінійні струми дорівнюють фазним:

а б

Рисунок 7.1 – Векторна діаграма е.р.с. (а) і схема з'єднання джерела трифазного змінного струму та струмоприймачів, з’єднаних зіркою

. (7.2.)

Струм в нейтральному провіднику I_N дорівнює геометричній сумі струмів фаз:

. (7.3)

Навантаження трифазного кола може бути симетричним і несиметричним. Умова симетричного навантаження: Z_А=Z_В=Z_С, a також R_А=R_В=R_С і X_А=X_В=X_С, де Z, R, X - відповідно повний, активний і реактивний опори фаз струмоприймачів.

При симетричній підведеній напрузі і симетричному навантаженні система струмів кола також буде симетричною. На рис. 7.2 зображена векторна діаграма струмів і напруг для симетричного режиму і активно–їндуктивного навантаження (кут зсуву фаз φ ≥ 0). З цієї діаграми видно, що симетричні системи лінійних і фазних напруг зміщені між собою на кут 30°. Крім цього, користуючись діаграмою можна легко встановити, що:

. (7.4)

Струм в нейтральному провіднику . Тому при симетричному режимі необхідності в нейтральному проводі немає, передача електроенергії від джерела до струмоприймача здійснюється трипровідною системою.

Якщо симетрія навантаження порушується (Z_А≠Z_В≠Z_С), то система фазних струмів не буде симетричною. При наявності в системі четвертого (нейтрального) провідника в ньому з'являється струм . Потенціал нейтральної точки джерела стає близьким до потенціалу нейтральної точки джерела і несиметрія фазної напруги значно послаблюється (рис. 7.3).

При відсутності нейтрального провідника фазні (вони ж і лінійні) струми встановлюються такі, що їх геометрична сума дорівнює нулю (рис. 7.4). Нейтральна точка навантаження переміщується відносно нейтральної точки

Рисунок 7.2 – Векторна діаграма струмів та напруг кола трифазного змінного струму при симетричному навантаженні

джерела . Це призводить до порушення симетрії фазних напруг на затискачах струмоприймача навіть при симетрії напруг джерела. Струмоприймач з меншим опором (більшим навантаженням) попадає під більш низьку напругу, ніж струмоприймач з більшим опором (меншим навантаженням).

Порушується також симетрія кутів зсуву фазної напруги і співвідношення між лінійними і фазними напругами ( ).

Струм в нейтральному провіднику I_N звичайно менший, ніж струми в лінійних провідниках, тому площа поперечного перерізу його, як правило менша, ніж площа лінійних.

Обрив лінійного провідника призводить до вимикання одного із струмоприймачів. Наприклад, при обриві фази А вимикається струмоприймач Z_А. При наявності нейтрального провідника це не впливає на роботу двох інших струмоприймачів (двох інших фаз) або, іншими словами, фазні напруги не змінюються. Якщо нейтральний провідник відсутній, то інші два струмоприймачі залишаються увімкненими послідовно на лінійну напругу. Напруга ж на струмоприймачах розподіляється пропорційно їх повним опорам, у цьому разі режим роботи кола буде порушений.

Активна потужність в трифазному колі при симетричному навантаженні

може бути виміряна однофазним ватметром в одній фазі, при цьому загальна активна потужність трифазного кола дорівнює показу ватметра, помноженому на 3. Активну потужність при несиметричному навантаженні у трифазному колі вимірюють за допомогою трьох ватметрів або одного двоелементного ватметру.

Рисунок 7.3 – Векторна діаграма фазних напруг і струмів та графічне визначення струму в нейтральному провіднику в колі трифазного змінного струму при несиметричному навантаженні

Рисунок 7.4 – Векторна діаграма лінійних і фазних напруг та струмів при відсутності нейтрального провідника в колі трифазного змінного струму при несиметричному навантаженні

3 ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ ПОЗААУДИТОРНОЇ ПІДГОТОВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

3.1. Детально вивчити розділ „Загальні теоретичні відомості”, а також ознайомитись з матеріалами по темі лабораторної роботи, викладеними в літературних джерелах (розділ 8 роботи).

3.2. Оформити звіт з лабораторної роботи, записавши її назву, мету, а також окремі фрагменти з розділу „Загальні теоретичні відомості” (розділ 6 роботи).

3.3. Накреслити рис. 7.1 - 7.5.

4 ОБЛАДНАННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ

На робочому місці в лабораторії мають знаходитися:

• вимірювальний комплект К-505 - 1 шт.

• ампервольтомметр (мультиметр) - 1 шт.

• амперметр - 2 шт.

• струмоприймач (реостат) - 3 шт.

5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ

5.1. Увімкнути автоматичний вимикач QF на робочому столі та за допомогою мультиметра визначити виводи нейтрального і лінійного провідників; для цього виміряти напругу на кожній парі виводів (затискачів). Затискач, між яким і трьома іншими затискачами напруга – найменша і є затискачем нейтрального провідника, решта затискачів - це затискачі лінійних провідників.

5.2. Зібрати схему для проведення досліду (рис. 7.5).

5.3. Подати напругу до схеми. Змінюючи за допомогою повзунків величину опору реостатів R₁, R₂, R₃ , приєднаних до кожної фази, записати покази всіх приладів до табл. 7.1 для наступних режимів роботи трифазного кола:

а) симетричного і несиметричного навантаження з нейтральним провідником і без нього (нейтральний провідник вмикати вимикачем SА2) (рядки запису в табл. 7.1 відповідають №1, №2, №5, №6);

б) симетричного і несиметричного навантаження під час обриву одного фазного провідника (вимикач SА1 вимкнений) з нейтральним провідником і без нього (увімкнений та вимкнений вимикач SА2) (рядки запису в табл. 7.1 відповідають №3, №4, №7, №8).

Вимірюють лінійні та фазні напруги за допомогою вольтметра зі щупами (мультиметра) PV2 безпосередньо на затискачах струмоприймачів R₁, R₂, R₃.

Формули для розрахунків

; ; . (7.4)

– при вимірюванні методом трьох ватметрів. (7.5)

. (7.6)

Примітка: при активному навантаженні cosφ=1 (φ=0).

Рисунок 7.5 – Електрична принципова схема для дослідження кола трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів зіркою

5.4. За даними досліду у вибраному масштабі напруги і струму побудувати векторні діаграми для режимів роботи кола:

а) симетричного навантаження фаз з нейтральним провідником (рядок запису №1 в табл. 7.1);

б) несиметричного навантаження фаз з нейтральним провідником (рядок запису №5 в табл. 7.1);

в) несиметричного навантаження фаз без нейтрального провідника (рядок запису №6 в табл. 7.1).

Таблиця 7.1 – Дослідні та розрахункові дані

Режими роботи кола трифазного струму

Дані вимірювання

Результати розрахунків

UАВ,В

UВС,В

UСА,В

UА,В

UВ,В

UС,В

IА,A

IВ,A

IС,A

IN,A

PА,Вт

PВ,Вт

PС,Вт

PА,Вт

PВ,Вт

PС,Вт

∑P1,Вт

∑P2,Вт

1. Симетричне навантаження з нейтральним провідником

2. Симетричне навантаження без нейтрального провідника

3. Симетричне навантаження з нейтральним провідником при обриві лінійного

4. Симетричне навантаження без нейтрального провідника при обриві лінійного

5. Несиметричне навантаження з нейтральним провідником

6. Несиметричне навантаження без нейтрального провідника

7. Несиметричне навантаження з нейтральним провідником при обриві лінійного

8. Несиметричне навантаження без нейтрального провідника при обриві лінійного

Лабораторна робота N 10