Лабораторная работа № 4

Исследование режимов работы трёхфазной цепи при соединении потребите­лей звездой

Работу выполнил студент______________________группа

Отметка о выполнении работы_________________( )

дата

Отметка о защите работы______________________( )

дата

1. Цель работы - практическое изучение основных свойств и соотношений в трёхфазной цепи при соединении потребителей звездой, а также способов изме­рения активной мощности в трёхфазных цепях. Схема испытательного стенда

2. Краткие теоретические сведения.

При включении потребителей электроэнергии звездой концы фаз соединя­ют в одну точку, которую называют нулевой. К этой точке в случае необходимо­сти, например, при несимметричной нагрузке, подключают нейтральный (нуле­вой) провод. В данной лабораторной работе исследуются трёхфазная система с С11, а также катушка индуктивности L2. Стенд позволяет создать симметричную нагрузку, при которой полные сопротивления всех трех фаз равны между собой, а также несимметричную нагрузку. При этом фаза Z_А, содержащая только активные сопротивления, является однородной; а фазы Z_В и Z_С - неоднородными, так как содержат, помимо активных, также емкостное и индуктивное сопротивления. На данном стенде имеем Z_А = Z_В = Z_С (Ом). Значения модулей полных сопротивлений каждой фазы можно подсчитать по следующим формулам:

Симметричная нагрузка в цепи создаётся при шунтировании резисторов R18, R38, конденсаторов С11 и катушки индуктивности L2. В этом случае Z_А = R39 = 93 (Ома); Z_В = R40 = 93 (Ома) ; Z_С = R37 = 93 (Ома).

Фазные токи при симметричной нагрузке равны между собой и равны линейным токам: I_A = I_B = I_C = U_Ф/R_Ф, где U_Ф, R_Ф - фазные напряжение и активные сопротивления каждой фазы.

Ток в нейтральном проводе равен нулю: I_N = I_A + I_B + I_C.= 0.

Коэффициенты мощности для всех фаз в этом случае – cosφ = 1.

При несимметричной нагрузке и наличии нейтрального провода (четырёхпроводная система) режим работы каждой фазы не зависит от режима работы двух других, и токи в каждой фазе определяются в соответствии с законом Ома.

При отсутствии нейтрального провода (трёхпроводная система) нарушается симметрия не только токов, но и напряжений, которые существенно зависят о; степени несимметричности нагрузки. Происходит так называемое смещение ней­трали возникает разность потенциалов U_N между нулевыми точками источ­ника и потребителя электроэнергии.

Коэффициенты мощности при несимметричной нагрузке составляют:

Активная мощность как при симметричной, так и при несимметричной нагрузках: Р = Р_А + Р_В + Р_С, причём для каждой фазы

3. Приборы и оборудование лабораторной работы

- Вольтметр PV4 - для измерения напряжения U_А в фазе А .

- Вольтметр PV2 - для измерения напряжения U_В в фазе В.

- Вольтметр PV3 - для измерения напряжения U_С в фазе С.

- Вольтметр PV1 - для измерения смещения нейтрали.

- Амперметр РА1 - для измерения тока I_C в фазе С.

- Амперметр РА2 — для измерения тока I_N в нейтральном проводе.

- Ваттметр PW1 - для измерения активной мощности.

- Ваттметр PW2 — для измерения активной мощности.

- Тумблер SА15 - для включения нейтрального провода.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Собрать схему, представленную на рисунке 1 и предъявить её для про­верки преподавателю. Подготовить таблицу 1 для внесения опытных и расчётных данных.

Таблица 1

Данные измерений

Результаты расчетов

Вид Нагрузки

UUА, В

UUВ В

UUС, В

IIC, А

IIN, А

PW1+ PW2, Вт

IA, А

IB, А

P, Вт

CosφA

CosφB

CosφC

Симметрич. с нейтрал. Проводом

Симметрич. Без нейтрал. Провода

Нессимметр. с нейтрал. Проводом

Нессиметрич. Без нейтрал. провода

4.2. Исследовать симметричную нагрузку с нейтральным проводом и без нейтрального провода.

Зашунтировать в фазе А сопротивление R38, в фазе В - конденсаторы С11, в фазе С - катушку индуктивности L2 и сопротивление R18 .

Включить питание стенда. Снять показания приборов при замкнутом я ра­зомкнутом тумблере SA15, подключающем нейтральный провод. Данные измере­ний занести в таблицу 1. Убедиться в том, что показания приборов в том и другом случае адекватны, а следовательно, нейтральный провод при симметричной на­грузке не нужен.

Рассчитать фазные токи, напряжения и активную мощность по формулам, приведённым в п.2. Результаты расчётов также внести в таблицу 1. Отключить питание стенда.

4.3. Исследовать несимметричную нагрузку с нейтральным проводом.

Замкнуть тумблер SA15. Снять перемычки (шунты) с сопротивлений R18, R38, конденсаторов С11 и катушки индуктивности L2.

отключить питание стенда. Снять и занести в табл. 1 показания приборов. Сделать расчёты, аналогичные указанным в п. 4.2; расчёты занести в табл. 1.

Отключить питание стенда.

4.4. Исследовать несимметричную нагрузку без нейтрального провода.

Разомкнуть тумблер SA15. Снять перемычку 3 с нейтрального провода и перенести общую точку обмоток напряжения ваттметров PW1 и PW2 из положе­ния 1 в положение 2 (схема Арона).

Включить питание стенда. Снять показания приборов. Занести результаты измерений в таблицу 1. По результатам опытных данных оценить роль и назна­чение нейтрального провода при несимметричной нагрузке в трёхфазной системе. Вольтметром PV1 измерить и зафиксировать напряжение смещения нейтрали U_N для последующего использования при построении векторной диаграммы.

Сделать расчёты, аналогичные указанным в п. 4.2, занести их в таблицу 1. Отключить питание стенда.

5. Требования к отчёту по лабораторной работе

5.1. По результатам опытов оформить таблицу 1.

5.2. В соответствии с таблицей 1 построить векторные диаграммы напряже­ний и токов для всех четырёх случаев исследования системы.

Контрольные вопросы

1. Какие приёмники электрической энергии считаются симметричными, несимметричными, однородными, неоднородными?

2. Назовите достоинства и недостатки трёх- и четырёхпроводных систем.

3. Сколько ваттметров необходимо для измерения активной мощности в трёх- и четырёхпроводных системах?

4. Чему равна величина тока в нейтральном проводе при симметричной и несимметричной нагрузках?

5. Чему равна сумма комплексов фазных токов при несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода?

6. Приведите соотношения между линейными, фазными токами и напряже­ниями при симметричной и несимметричной нагрузках.

7. Как определяется напряжения нулевого смещения нейтрали при отключён­ном нейтральном проводе и несимметричной нагрузке?

8. Как графически по данным измерений фазных напряжений определить на­пряжение нулевого смещения нейтрали при несимметричной нагрузке без нейтрального провода?

Литература

Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Электротехника. Учебник для вузов. М: Энергоатомиздат, 1985.