Лабораторна робота № 14
Тема: |
Дослідження трифазного кола при з'єднанні електроспоживачів за схемою зірки. |
Мета роботи: |
Встановити співвідношення між лінійними та фазними струмами та напругами при різному навантаженні фаз. Виявити роль нейтрального дроту, побудувати векторну діаграму. |
1. Теоретичні відомості
Фази трифазного споживача можуть з'єднуватися в зірку або трикутник. В лабораторній роботі досліджується активне навантаження, з'єднане в зірку. Регулювання навантаження кожної фази виконується ламповим реостатом.
Споживач вважається симетричним, якщо комплекси опорів його фаз рівні:
Za = Zb = Zc
Якщо обмотки трифазного генератора з'єднані зіркою, то лінія може бути трипровідною (без нейтрального дрота) і чотирипровідною (з нейтральним дротом).
Напругу між нейтральними точками генератора і споживача можна визначити за методом вузлової напруги:
n
=
(
aYa
+
bYb
+
CYC)
/ (Ya
+
YB
+ YC
+ YN),
Ya
=
1 /
Za;
=
1 /
Zb;
YC
=
1 /
Zc;
YN
= 1 /
Zn;
Ya, Yb, Yc, Yn - комплексні провідності віток.
Сила струму у вітках визначається за виразами:
a
= (
a-
n)*Ya;
b = ( в - n ) * Yb;
C = ( C - n ) * YC;
n =(- n ) * Yn .
Струм в нейтральному дроті від'ємний, тобто направлений в зворотному напрямку і дорівнює геометричній сумі лінійних струмів:
– n = A + B + C
При з'єднанні в зірку фазний струм дорівнює лінійному: IФ = ІЛ.
При симетричному навантаженні Ya = = YC, тому Un = 0, а фазні струми складають симетричну систему, тобто діючі значення рівні між собою, а кути зсуву фаз між векторами дорівнюють 120°. Сума таких векторів:
n
=
A
+
B
+
C
= 0,
тобто струм в нейтральному дроті відсутній. Напруги на фазах споживача симетричні:
А = A* ZА; В = B* ZВ; С = C*Zc
а їх
діючі значення менше лінійної напруги
в
разів:
UА = UВ = UС = UФ = UЛ/ .
Таким чином, при симетричному електричному навантаженні нейтральний провід непотрібний.
При несиметричному навантаженні, коли
ZА ≠ ZВ ≠ ZС
напруга на нейтральному провіднику, опір якого малий, також дорівнює нулю:
N = N* Yn = 0
При цьому напруги на фазах симетричні, але струми у фазах споживача несиметричні тому, що несиметричні опори:
a = a/ Za; b = b/ Zb; c = c/ Zc.
Струм в нейтральному провіднику існує і його величина залежить від того, наскільки несиметричні опори фаз, але цей струм значно менший лінійних струмів.
4. Якщо при несиметричному навантаженні нейтральний дріт буде відсутнім ( Zn = ∞; Yn = 0 ), то з'явиться напруга між нейтральними точками джерела та приймача. Фазні напруги будуть несиметричними , а тому фазні струми будуть також несиметричними. При обриві одного із проводів (наприклад у фазі С), виникає в розриві напруга 1,5 UФ. В фазах А і В напруги в сумі будуть дорівнювати лінійному значенню. Якщо навантаження різко несиметричне, то одна із напруг стане більше фазної. Нормальна робота споживачів у цьому випадку неможлива. Крім цього, фазні напруги не будуть залишатися постійними, вони будуть змінюватися зі зміною опорів фаз споживача. Таким чином, нейтральний провід вирівнює фазні напруги.
5. Потужність кожної фази можна визначити по формулам:
SФ = UФ* ІФ ,
РФ = UФ* ІФ*cos фф ,
QФ = UФ* ІФ*sin фф.
Для несиметричного навантаження потужність всього трифазного споживача дорівнює:
де
Р = РA + РB + РC, а
Q = QA + QB + QC.
Для симетричного споживача:
S = *UЛ*ІЛ,
P = 3 * РФ = UЛ * ІЛ * Іл * cos фФ ,
Q = 3* QФ = UЛ * ІЛ * Іл * sin фФ..