Цель работы: экспериментальное определение основных соотношений между напряжениями, токами, мощностями в симметричных и несимметричных цепях при соединении «звезда – звезда с нейтралью» и «звезда – звезда без нейтрали», отработка основных методов электрических измерений в трехфазных цепях.
Описание стенда
Схема стенда приведена на рис. 23.
|
| Рис. 23. Панели стенда |
Источником нерегулируемого трехфазного напряжения для всех лабораторий ТОЭ является трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого соединены «звездой с изолированной нейтралью». На блок питания каждого рабочего места выведены клеммы фаз A, B, С и нейтрали N. Линейные напряжения равны 231 В (), фазные 133 В (). Отклонения от номиналов, вызываемые неравномерной нагрузкой первичной сети, не превышают ±5% и при выполнении данной работы не учитываются, не учитывается также несинусоидальность питающего напряжения.
Трехфазный приемник собирается из трех одинаковых цепей (фаз), каждая из которых состоит из параллельно включенных резистора (±5%) и конденсатора (±10%). В цепях конденсаторов установлены тумблеры, позволяющие отключить их в любой из фаз и тем самым создавать несколько вариантов несимметричных трехфазных приемников.
Трехфазная цепь собирается штекерными проводниками, на панели «приемник» имеется достаточное количество гнезд для подключения измерительных приборов. При измерении токов и мощностей амперметр и токовая обмотка ваттметра включаются в рассечку участка цепи, получаемую удалением соответствующей перемычки-вилки.
Комплект измерительных приборов содержит вольтметр, амперметр и ваттметр (по одному прибору); измерение мощности методом двух ваттметров проводится поочередным включением.
Определение порядка чередования фаз источника осуществляется с помощью специального прибора (выдается лаборантом) или с помощью устройства «указатель чередования фаз», установленного на одном из стендов.
Программа работы
1. Определить порядок чередования фаз источника, проверить правильность маркировки питающих зажимов A, B, C, (рис. 24). Измерить линейные и фазные напряжения источника. Построить топографическую диаграмму напряжений источника (рис. 25). Записать комплексы напряжений 
, 
, 
, 
, 
, 
(приняв 
).
| 
| |
| Рис. 24. Устройство для определения порядка чередования | Рис. 25. Топографическая диаграмма напряжений источника. |
2. Собрать на стенде симметричную трехфазную цепь в соединении «звезда с нейтралью» (рис. 26). Измерить напряжения и токи во всех фазах приемника и активную мощность в одной из фаз. Измерить ток в нейтрали. Отсоединяя нейтраль при каждом измерении, убедиться, что отсутствие нейтрали практически не изменяет показаний приборов. Измерить напряжение U nN между нейтральными точками приемника и источника.
|
| Рис. 26. Соединение «звезда с нейтралью» |
Построить топографическую диаграмму напряжений и совмещенную с ней векторную диаграмму токов. Построение выполнять на заготовленной дома топографической диаграмме напряжений источника (рис. 25).
Вычислить активную мощность симметричного приемника по измеренной мощности фазы, а также по формуле.
3. В схеме симметричная цепь «звезда с нейтралью» разорвать одну из фаз приемника (номер «поврежденной» фазы задается преподавателем).
Измерить фазные напряжения и токи, ток в нейтрали и напряжение в месте разрыва фазы.
Построить топографическую диаграмму напряжений и векторную диаграмму токов (совмещенную).
Вычислить активную мощность, забираемую из сети (для этого можно воспользоваться результатами опыта п. 2).
4. В схеме к п. 3 отсоединить нейтраль, получив таким образом несимметричную цепь «звезда – звезда без нейтрали с оборванной фазой».
Измерить фазные напряжения и токи, напряжение в месте разрыва фазы и напряжения U nN между «нейтральными» точками n и N.
Построить топографическую диаграмму напряжений и векторную диаграмму токов. Вычислить активную мощность приемника.
Сравнить режимы работы «здоровых фаз» в схемах к пп. 3, 4, сделать заключение о роли нейтрального провода.
5. Собрать несимметричную трехфазную цепь «звезда – звезда без нейтрали», создав несимметрию фаз отключением конденсаторов в двух или одной фазе (вид несимметрии задается преподавателем).
Измерить фазные напряжения, токи и мощности, а также напряжение U nN.
Измерить мощность несимметричного приемника методом двух ваттметров.
Построить топографическую диаграмму напряжений и векторную диаграмму токов (совмещенную).
Рассчитать напряжение U nN, используя фазные напряжения источника , 
, , и комплексные проводимости фаз приемника Y a, Y b, Y c, сравнить полученное значение 
с величиной на топографической диаграмме.
Результаты измерений и вычислений целесообразно занести в таблицу приведенной формы.
| Пункт программы | U a | U b | U c | U nN | U раз | I A | I B | I C | I N | P a | P b | P c | P 1 | P 2 | P 3ф |
| 2. Симметричная Y с нейтралью | |||||||||||||||
| 3. Y с оборванной фазой с нейтралью | |||||||||||||||
| 4. Y с оборванной фазой без нейтрали | |||||||||||||||
| 5. Несимметричная Y без нейтрали |
Примечания:
1. Измерения считываются с приборов и записываются в таблицу в делениях (верхняя строка), затем пересчитываются в абсолютные величины В, А, Вт (нижняя строка).
2. Если в данном пункте не требуется измерения каких-либо величин (см. программу), поставьте заранее прочерки в соответствующих слетках таблицы.
3. Под таблицей необходимо указать номинальные данные используемых приборов и цену делений их шкал.
Пояснения к работе
Для симметричной звезды
,,,,
где Z ф, Y ф – комплексные сопротивление и проводимость фазы приемника.
При параллельном включении и,
;
;.
Фазовый угол сдвига φф между током и напряжением в фазе приемника можно определить по измеренным P ф, U ф, I ф.
.
При выполнении работы вместо индекса «ф» нужно ставить индекс конкретной фазы приемника (a, b, c).
Напряжение U nN при цепи без нейтрали рассчитывается по формуле
Здесь 
, , - комплексы фазных напряжений, полученные при выполнении п. 1 программы; Y a, Y b, Y c – комплексные проводимости, значения которых рассчитываются для конкретной несимметричной цепи.
Для измерения мощности в несимметричной трехфазной цепи с доступной нейтральной точкой «n » приемника (например, соединение «звезда – звезда с нейтралью») применяется схема «трех ваттметров» (рис. 27). Каждый из ваттметров измеряет активную мощность фазы приемника:,,. Общая мощность.
|
| Рис. 27. Измерение мощности методом «трех ваттметров» в несимметричной четырехпроводной цепи |
При симметричной нагрузке достаточно измерить одну фазную мощность, например P 1, но при этом (схема «одного ваттметра»).
Для измерения мощности в трехпроводной цепи (при отсутствии нейтрального провода) независимо от того, симметричная или несимметричная нагрузка, применяется схема «двух ваттметров» (рис. 28). При этом (или 
, или 
). Заметим, что показания отдельных приборов могут отличаться и по величине, и по знаку (т.е. 
и 
) и не соответствуют мощности ни в какой фазе приемника.
|
| Рис. 28. Измерение мощности методом «двух ваттметров» в трехпроводной цепи |
Контрольные вопросы
1. Что понимают под порядком следования фаз трехфазного источника и как его определить?
2. Напишите соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами для симметричного трехфазного приемника.
3. Напишите формулы для вычисления активной мощности трехфазного симметричного приемника через фазные и линейные токи и напряжения.
4. Как рассчитать симметричную трехфазную цепь по однофазной схеме замещения?
5. Как рассчитать несимметричный трехфазный приемник «звезда с нейтралью» при?
6. Как рассчитать несимметричный трехфазный приемник при схеме «звезда – звезда без нейтрали»?
7. Изобразите схемы измерения активной мощности «одного», «двух» и «трех ваттметров» и укажите, в каких случаях они используются.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12