Исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемника звездой

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКА ЗВЕЗДОЙ

Цель работы – экспериментальное исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении приемника звездой.

Программа работы

8.1. Исследование трехфазной цепи при соединении приемника звездой с нулевым проводом

8.1.1. Симметричный режим. Собрать приемник по схеме «звезда» с нулевым проводом (рис. 8.1). Установить симметричную активную нагрузку . Числовые значения приведены в табл. 8.1. Для всех вариантов параметры индуктивной катушки одинаковые: =0,87 Гн, =28 Ом. Измерить линейные, фазные напряжения и токи, ток в нейтральном проводе . Результаты измерений внести в табл. 8.2.

Таблица 8.1

Исходные данные к работе

Заданные величины	Номер стенда
Заданные величины	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, Ом	106,5	107	106,5	106,8	107	106,8	107,5	107	106,5	107
, Ом	303,8	304	304,5	303,9	304,2	304	303,8	303,8	304	304
, мкФ	31	31	29	32	31	30	31	31	29	31
, А	0,385	0,38	0,385	0,384	0,38	0,385	0,381	0,38	0,385	0,38

8.1.2. Несимметричная однородная нагрузка. Оставить нагрузку в фазах и неизменной , а в фазе изменять нагрузку следующим образом:

· Установить в фазе сопротивление (включить последовательно сопротивления и ), в остальных фазах – сопротивление .

· Оборвать фазу ( ), в остальных фазах установить сопротивление .

Результаты измерений внести в табл. 8.2.

8.1.3. Несимметричная неоднородная нагрузка. В фазе установить индуктивную катушку, в фазе - конденсатор заданной емкости, в фазе - сопротивление .

Измерить линейные, фазные напряжения и токи, ток в нейтральном проводе. Результаты измерений внести в табл. 8.2.

Рис. 8.1

Таблица 8.2

Результаты опытного исследования трехфазной цепи при соединении приемника звездой с нулевым проводом

Вид нагрузки											P
Вид нагрузки	В	В	В	В	В	В	А	А	А	А	Вт
Симметричная
Активная несимметричная
Обрыв фазы С
Неоднородная

Примечание. Опыт короткого замыкания фазы нагрузки не проводить.

8.2. Исследование трехфазной цепи при соединении приемника звездой без нулевого провода

8.2.1. Симметричный режим. Собрать приемник по схеме «звезда» без нулевого провода (рис. 8.1). Отключить нулевой провод в схеме. Установить симметричную активную нагрузку . Измерить линейные, фазные напряжения и токи и напряжение . Результаты измерений внести в табл. 8.3.

8.2.2. Несимметричная однородная нагрузка. Оставить нагрузку в фазах и неизменной , а в фазе изменять нагрузку следующим образом:

· Оборвать фазу ( ), в остальных фазах установить сопротивление .

· Замкнуть накоротко фазу , а в остальных фазах установить сопротивление .

Результаты измерений внести в табл. 8.3.

8.2.3. Несимметричная неоднородная нагрузка.

· В фазе установить конденсатор заданной емкости, в фазе и - сопротивление .

· В фазе установить индуктивную катушку, в фазе - конденсатор заданной емкости, в фазе - сопротивление .

Измерить линейные, фазные напряжения и токи и напряжение . Результаты измерений внести в табл. 8.3.

Напряжение измерять тестером.

Таблица 8.3

Результаты опытного исследования трехфазной цепи при соединении приемника звездой без нулевого провода

Вид нагрузки
Вид нагрузки	В	В	В	В	В	В	В	А	А	А
Симметричная
Активная несимметричная
Обрыв фазы С
Короткое замыкание фазы С
Неоднородная 1) 2)

По данным табл. 8.2 и табл. 8.3 построить векторные диаграммы напряжений и токов в различных режимах.

Предварительный расчет

Решить задачи, представленные в табл. 8.4.

Таблица 8.4

Задание предварительного расчета

Содержание задач	Варианты заданных величин
Содержание задач	1	2	3
1. В схеме «звезда с нулевым проводом» (рис. 8.3) рассчитать токи и напряжения во всех режимах, предусмотренных программой в п.8.1, при заданном значении………………………………………… Ток определять по векторной диаграмме.			в симметричном режиме
2. В схеме «звезда без нулевого провода» (рис.8.4) рассчитать токи и напряжения во всех режимах, предусмотренных программой в п.8.2, при заданном значении………………………………………… Напряжение определять по векторной диаграмме.	в симметричном режиме

Построить в масштабе векторные диаграммы, используя данные расчета.

Методические указания

В работе используется симметричный источник трехфазного напряжения с частотой = 50 Гц, фазные напряжения которого могут быть представлены в виде:

, , ,

где 41 В - действующее фазное напряжение,

= 71 В - действующее линейное напряжение.

Линейные напряжения источника связаны с фазными напряжениями и определяются

, , .

На потенциальной диаграмме векторы фазных напряжений образуют звезду фазных напряжений, а векторы линейных напряжений - равносторонний треугольник, рис. 8.2. Векторная диаграмма для случая, когда в фазу схемы рис. 8.3. включена активная нагрузка, а в фазы и - активно-емкостная, приведена на рис. 8.2, б.

а)

б)

Рис. 8.2. Векторные диаграммы токов и напряжений для соединения приемника

звездой с нулевым проводом: а) симметричная нагрузка; б) несимметричная нагрузка

Рассмотрим два возможных соединения приемника звездой с нулевым проводом (рис. 8.3) и без нулевого провода (рис. 8.4).

Рис. 8.3. Соединение приемника звездой с нулевым проводом

Рис. 8.4. Соединение приемника звездой без нулевого провода

При соединении приемника звездой с нулевым проводом ток каждой фазы рассчитывается независимо от токов других фаз:

, , .

Ток в нулевом проводе на основании первого закона Кирхгофа равен:

В случае симметричной нагрузки фазные токи одинаковы, сдвинуты относительно своих напряжений на один и тот же угол, то есть образуют симметричную звезду, ток в нулевом проводе отсутствует . Векторная диаграмма токов и напряжений этого режима показана на рис. 8.2, а.

При изменении нагрузки в одной из фаз ток в ней изменяется. При этом режим работы других фаз не изменяется.

В общем случае несимметричной нагрузки система фазных токов будет несимметричной и .

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая, когда в фазы , включена активная нагрузка, а в фазу - емкостная, приведена на рис. 8.2, б.

В звезде без нулевого провода при симметричной нагрузке напряжение между нулевыми точками источника и приемника и режим работы цепи такой же, как и в случае звезды с нулевым проводом.

При несимметричной нагрузке возникает напряжение , определяемое по выражению:

где , , - проводимости фаз приемника.

Отсюда следует, что зависит от сопротивления любой фазы. Вместе с будут изменяться напряжения всех фаз приемника:

, , ,

а следовательно, и все токи, определяемые из соотношений:

, , .

Сумма токов всех фаз всегда равна нулю:

Векторная диаграмма токов и напряжений при несимметричной нагрузке, когда в фазы , включена активная нагрузка, а в фазу - емкостная, приведена на рис. 8.5.

Если несимметричная нагрузка создается изменением сопротивления одной из фаз, например , при неизменных сопротивлениях двух других фаз , то точка на потенциальной диаграмме перемещается в направлении вектора напряжения этой фазы, рис. 8.6.

Рис. 8.5. Векторно-топографическая диаграмма при несимметричной нагрузке

Рис. 8.6. Пример построения потенциальной диаграммы для различных режимов в фазе С

В режиме обрыва фазы ( ) точка занимает положение точки , а в режиме короткого замыкания ( ) совпадает с точкой . При этом ток в короткозамкнутой фазе определяется на основании уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа для узла .

Теоретические сведения о работе приводятся в учебной литературе: [1, § 7.1, § 7.2; 3, §§ 12.1 – 12.5; 5, §§ 6.1 – 6.14, а также 6, 7].

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте трехфазный симметричный источник напряжения. При каких условиях трехфазная электрическая цепь считается симметричной?

2. Каковы соотношения при соединении приемника звездой между линейными и фазными токами и напряжениями в симметричном режиме?

3. Электрические цепи в электроэнергетике выполняются преимущественно в виде трехфазных цепей. Почему?

4. Объясните, почему стандартные напряжения, которые применяют в трехфазных цепях, представлены следующим рядом: 127, 220,380, 660 В?

5. Изменится ли ток нулевого провода при несимметричной неоднородной нагрузке, если изменить порядок следования фаз?

6. Как изменятся токи и фазные напряжения приемника, соединенного звездой без нулевого провода, в случае короткого замыкания фазы при симметричной нагрузке? При обрыве фазы?

7. Дайте определение порядка следования фаз.

8. Чему равен ток в нулевом проводе в случае обрыва фазы при симметричной нагрузке?

9. Назовите способы соединения фаз источника ЭДС и нагрузки в трехфазной цепи.

10. Начертите симметричную систему напряжений прямой последовательности и симметричную систему напряжений обратной последовательности.

11. Поясните назначение нулевого провода при несимметричной нагрузке.

12. Как определить аналитически напряжение между нейтральными точками генератора и потребителя?