Анализ результатов опытов

Лабораторная работа № 12-13

Тема: Исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении приемников «звездой» и «треугольником»

Цель работы: Ознакомление со схемой трёхфазной цепи при различных соединениях источника и приемника электрической энергии, установление соотношений между линейными и фазными токами и напряжениями.

 

Теоретическая часть

1. Фазы трехфазного потребителя могут соединяться в звезду или треугольник. В лабораторной работе ис­следуется активная нагрузка, соединенная в звезду и треугольник.

При соединении в звезду фазный ток равен линейному току I_Ф=I_Л, линейное напряжение больше фазного в √3 раз: U_Л=√3•U_Ф.

При соединении в треугольник линейное напряжение равно фазному U_Л=U_Ф, а линейный ток больше фазного в √3 раз: I_Л=√3• I_Ф.

Потребитель считается симметричным, если сопротивления его фаз равны Z_A=Z_B=Z_C и несимметричным, когда Z_A≠Z_B≠Z_C.

2. Если обмотки трехфазного генератора соединены звездой, то линия может быть трехпроводной (без ней­трального провода) и четырехпроводной (с нейтральным проводом).

Ток в нейтральном проводе равен геометрической сумму линейных токов:

I_N=I_A+I_B+I_C.

При симметричной нагрузке нейтральный провод бесполезен и его не применяют (ток в нейтральном проводе отсутствует I_N=0). Фазные токи составляют симметричную систему, т.е. их действующие значения равны между собой, а углы сдвига между векторами равны 120º.

Для несимметричной нагрузки напряжение на нейтральном проводе, сопротивлением которого можно пренебречь, равно нулю (U_N=0). Ток в нейтральном проводе существует, его величина зависит от степени несимметрии фазных токов, но обычно он меньше линейных токов.

Если при несимметричной нагрузке нулевой провод будет отсутствовать (Z_N=∞, Y_N=0), то появится напряжение между нейтральными точками источника и приемника. Фазные напряжения не будут составлять симметричную систему, а поэтому фазные токи окажутся несимметричными.

При обрыве одного из линейных проводов „(например, С ) возникает напряжение на месте разрыва в 1,5 раза больше, чем U_Ф. На фазах А и Впоявляются напряжения, которые в сумме равны линейному. Если нагрузка резко несимметричная, то одно из напряжений окажется больше фазного. Нормальная работа потребителей в этом случае невозможна.

Кроме того, фазные напряжения не будут оставаться постоянными, они будут изменяться с изменением сопротивлений фаз потребителя. Таким образом, нейтральный провод выравнивает фазные напряжения при несимметричном потребителе и делает возможным его работу.

3. При соединении потребителя треугольником угол сдвига между фазными напряжением и током зависит от характера нагрузки. При симметричном потребителе линейный ток отстает от соответствующего фазного всегда на угол 30º.

С изменением сопротивления одной из фаз меняются силы тока этой фазы и токи в линейных проводах, но не изменяется режим работы двух других фаз.

Соединение в треугольник исключает возможность появления повышенных напряжений на фазах потребителя при обрыве одного из проводов, как эта бывает при соединении в звезду. Например, при обрыве провода С фазы ВСи САокажутся соединенными последовательно и включенными под линейное напряжение UAB, поэтому при симметричном потребителе на каждой из фаз по­явится напряжение, равное половине линейного. Напря­жение на зажимах фазы АВне изменится и она будет продолжать работать в прежнем режиме.

4. Мощность каждой фазы можно найти по формулам:

S_Ф=U_Ф •I_Ф, P_Ф= U_Ф •I_Ф•cos φ_Ф, Q_Ф= U_Ф •I_Ф•sin φ_Ф sin φ_Ф=X/Z, cos φ_Ф=R/Z.

Для несимметричной нагрузки мощность всего трехфазного потребителя

S=√Р²+Q²,

где Р=Р_А+Р_В+Р_С, Q=Q_А+Q_В+Q_С.

Для симметричного потребителя, соединенного по схеме звезда:

S=√3•U_Л•I_Л, Р=3•Р_Ф= √3•U_Ф •I_Ф•cosφ_Ф, Q=3•Q_Ф=√3•U_Ф •I_Ф•sinφ_Ф

Для симметричного потребителя, соединенного по схеме треугольник:

S=3• S_Ф=√3•U_Л•I_Л, Р=3•Р_Ф= √3• U_Л•I_Л •cosφ_Ф Q=3•Q_Ф=√3• U_Л•I_Л •sinφ_Ф.

 

Ход работы.

Опыт 1, 2:

1. Собрать цепь (рис. 1) и показать ее преподавателю для проверки.

2. Включить цепь. Установить симметричную нагрузку и измерить силу токов и напряжения в цепи. Показания приборов записать в таблицу

3. Добавить нейтральный провод, убедиться, что это не вносит никаких изменений в работу цепи.

Опыт3,4:

1. Изменить параметры нагрузки в соответствии с таблицей (несимметричная нагрузка)

2. Показания приборов записать в таблицу и проанализировать (сравнить с предыдущим экспериментом и сделать выводы)

3.Разомкнуть нейтральный провод, сделать выводы.

Опыт 5,6:

1. Изменить соединение на треугольник-треугольник. При возникновении проблемы (соединение обмоток генератора треугольником) попытаться найти решение.

2. Провести исследования, данные записать в таблицу.

Таблица

Эксперимент соединение генератор-потребитель	Z а	Z в	Z с	Iа	Iв	Iс	Uа	Uв	Uс	UAB/ UВС/ UСА	IN
кОм	кОм	кОм	мА	мА	мА	В	В	В	В	мА
Звезда -звезда (симметричная нагрузка) без нулевого провода
Звезда -звезда (симметричная нагрузка) с нулевым проводом
Звезда- звезда (несимметричная нагрузка) с нулевым проводом
Звезда- звезда (несимметричная нагрузка) без нулевого провода
Треугольник-треугольник (симметричная нагрузка)
Треугольник-треугольник (несимметричная нагрузка)

 

 

Электрические схемы

 

Рисунок 1. Схема для изучения трехфазной цепи при соединении потребителя звездой.

 

 

Электрическая схема в программе

 

 

 

 

Анализ результатов опытов

По лабораторной работе сделать заключение относительно: а) соотношения между линейным и фазным напряжениями потребителя при симметричной и несимметричной нагрузках; б) соотношения между фазными и линейными токами потребителя; в) целесообразности нейтрального провода при симметричной нагрузке; г) роли нейтрального провода при несимметричной нагрузке; д) чему равна мощность системы.

Ответы являются защитой лабораторной работы.

 

Содержание отчета

 

1. Наименование и цель работы

2. Схему исследования, таблицу

3.Расчетные формулы, расчет величин по опытам

6. Анализ результатов.

 

Литература

1. Немцов, М. В. Электротехника: учебник для среднего профессионального образования по техническим специальностям. – Москва: Академия, 2018.