Дослідження кола трифазного змінного струму при з'єднанні струмоприймачів трикутником
1 Мета роботи
1.1. Провести дослідження режимів роботи кола трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів трикутником.
1.2. Встановити експериментально співвідношення між лінійними і фазними струмами та напругами при різних навантаженнях струмоприймачів.
1.3. З'ясувати вплив обриву лінійного і фазного провідників на роботу струмоприймачів.
1.4. Ознайомитись з методами вимірювання потужності в колі трифазного змінного струму за допомогою ватметра.
1.5. Навчитись будувати векторні діаграми напруги і струмів для кола трифазного змінного струму при з'єднанні струмоприймачів трикутником при різних навантаженнях.
2 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 трикутником – це така схема з’єднання трьох струмоприймачів електричної енергії, при якому кінець кожного попереднього струмоприймача з’єднаний з початком наступного, а до вершин утвореного таким чином трикутника підведені лінійні провідники (рис. 8.1). Зі схеми видно, що при з’єднанні трикутником лінійні напруги дорівнюють фазним, оскільки як одні, так і інші визначаються як різниця потенціалів між одними і тими ж точками, тобто:
(8.1)
Струми окремих струмоприймачів Іав, Івс, Іса , які називаються фазними струмами І ф , визначаються напругою на струмоприймачеві U Ф та його опором Z Ф :
. (8.2)
Струми в лінійних провідниках (лінійні струми) ІА, ІВ, ІС , не дорівнюють фазним. За першим законом Кірхгофа:
. (8.3)
У випадку симетричного навантаження, коли Zав=Zвс=Zса , а також Rав=Rвс=Rса та Xав=Xвс=Xса (характер навантаження за фазами повинен бути однаковий: або ємнісний, або індуктивний) та симетричній підведеній напрузі струми всіх струмоприймачів будуть однакові і зміщені відносно своїх напруг
Рисунок 8.1 - Схема кола трифазного змінного струму при з’єднанні трикутником джерела струму та струмоприймачів
Рисунок 8.2. - Векторна діаграма напруг та струмів у колі трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів трикутником за симетричного навантаження
на
однаковий кут φ.
В цьому разі лінійні струми також
утворюють симетричну систему і за
значеннями перевищують фазні в
,
тобто:
. (8.4)
Векторна діаграма напруг та струмів при симетричному режимі кола і при активно-індуктивному навантаженні (φ> 0) зображена на рис. 8.2. З діаграми видно, що лінійні струми зміщені відносно фазних струмів на кут 30°.
При несиметричному навантаженні (Zав≠Zвс≠Zса) порушується рівність і симетрія як фазних, так і лінійних струмів. Відношення лінійних струмів до фазних уже не будуть дорівнювати . Фазні напруги практично не змінюються, оскільки до струмоприймачів підводиться безпосередньо лінійна напруга, яка визначається параметрами джерела електроенергії. Якщо не враховувати деякі втрати напруги в провідниках через різницю в лінійних струмах, то співвідношення напруг наступне:
. (8.6)
Векторна діаграма напруг та струмів при несиметричному навантаженні наведена на рис. 8.3.
Рисунок 8.3. - Векторна діаграма напруг та струмів у колі трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів трикутником за несиметричного навантаження
При обриві одного з лінійних провідників режим роботи схеми змінюється. Вона перетворюється при цьому в однофазну мережу з двома паралельними вітками (рис. 8.4) Струмоприймач, який приєднаний до двох цілих провідників, знаходиться в цьому випадку під попередньо незмінною напругою; два інші струмоприймачі з’єднані послідовно і увімкнені на ту саму напругу, що і перший. На цих струмоприймачах встановлюються напруги, пропорційні їх повним опорам. Якщо опори струмоприймачів однакові, то вони будуть знаходитися під напругою, що дорівнює половині лінійної (0,5UЛ). При неоднакових опорах струмоприймач, опір якого більший (навантаження менше), буде знаходитись під більшою напругою, а інший - під меншою напругою.
а б
Рисунок 8.4 - До розгляду режимів роботи несиметричного коло трифазного змінного струму при з єднанні струмоприймачів трикутником: а) - обрив лінійного провідника; б) - обрив фазного провідника
Обрив одного із фазних провідників призводить до вимкнення одного із струмоприймачів без порушення режиму роботи інших, оскільки до них, як і раніше, підводяться відповідні лінійні напруги.
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 ватметра.
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. 8.1 - 8.5.
4 ОБЛАДНАННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ
На робочому місці в лабораторії мають знаходитися:
вимірювальний комплект К-505 - 1 шт.;
ампервольтомметр (мультиметр) - 1 шт.;
амперметр - 3 шт.;
струмоприймач (реостат) - 3 шт.
5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ
5.1. Зібрати схему для проведення досліду (рис. 8.5).
5.2. Подати напругу до схеми. Змінюючи за допомогою повзунків величину опору реостатів Rав, Rвс, Rса , які з’єднані трикутником, записати покази всіх приладів до табл. 8.1 для наступних режимів роботи трифазного кола:
а) симетричного і несиметричного навантаження: вимикачі SА1 та SА2 - увімкнені (рядки запису в табл. 8 відповідають №1, №4);
б) симетричного і несиметричного навантаження при обриві одного з лінійного провідника: вимикач SА1 - вимкнений, SА2 - увімкнений (рядки запису в табл. 8 відповідають №2, №5);
в) симетричного і несиметричного навантаження при обриві одного фазного провідника: вимикач SА2 - вимкнений, SА1 - увімкнений (рядки запису в табл. 8 відповідають №3, №6);
Виміряти фазні (лінійні) напруги за допомогою вольтметра зі щупами (мультиметра) PV2 безпосередньо на затискачах струмоприймачів Rав, Rвс, Rса.
Формули для розрахунків
;
;
. (8.7)
– при
вимірюванні методом трьох ватметрів. (8.8)
Примітка: при активному навантаженні cosφ=1 (φ=0).
5.3. За даними досліду у вибраному масштабі напруги і струму побудувати векторні діаграми для режимів роботи кола:
а) симетричного навантаження фаз (рядок запису №1 в табл. 8.1);
б) несиметричного навантаження фаз (рядок запису №4 табл. 8.1).
Рисунок 8.5 – Електрична принципова схема для дослідження коло трифазного змінного струму при з’єднанні струмоприймачів трикутником
6 ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт про виконану лабораторну роботу повинен містити:
назву роботи та її мету;
короткий конспект розділу „Загальні теоретичні відомості”;
схеми наведені на рис. 8.1 - 8.5;
технічні дані обладнання та електровимірювальних приладів;
табл. 8.1;
побудовані векторні діаграми (пункт 5.3 роботи);
розрахунки та висновки.