Порядок выполнения работы.

Федеральное агентство по образованию

Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

 

 

Кафедра механизации и

автоматизации строительства

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы №6

 

«Трехфазная цепь при соединении потребителей звездой»

 

 

Для студентов всех инженерных специальностей

Составили: Шулаева Л.В.

Кириллова Р.Д.

 

 

Тюмень-2008

 

 

Наименование учебно-методического материала: Шулаева Л.В., Кириллова Р.Д.,

Методические указания к выполнению лабораторной работы, Тюмень

ТюмГАСУ,2006г., стр 6.

 

Рецензент: Кузнецова А.В.

(степень, звание, Фамилия Имя Отчество)

 

 

Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры:

Протокол №30____________________________________________2008г.

 

 

Учебно-методический материал утвержден УМС академии:

Протокол №30____________________________________________2006г.

 

 

Тираж________________экземпляров.

Работа №6. ТРЕхфазная цепь при соединении

потребителей звездой.

 

Цель работы

Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной системе. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов.

 

Пояснение к работе

Трехфазная система переменного тока имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным током и однофазным переменным током, и поэтому получила широкое применение. Чаще всего электрическая энергия вырабатывается, передается и распределяется между потребителями трехфазными системами. Подавляющее большинство электродвигателей являются двигателями трехфазного переменного тока.

Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380В-для питания электродвигателей и 220В-для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) применяют четырехпроводную систему электроснабжения. Четырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода; три линейных, по которым протекают линейные токи I_А,I_В,I_С и один нулевой (нейтральный) провод N.n. Нейтральный провод предназначен для симметризации напряжения на фазах потребителя (поддержание одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя). По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I_О , называемый током нулевого провода. Такая система соединения обмоток трехфазного генератора и приемников (потребителей) называется «звездой» показана на рис.6.1.

 

UА

 

 

Uв

 

Uc

 

Рис. 6.1.

При соединении в звезду ток I_А, протекающий по фазе источника питания, равен току протекающему по линейному проводу фазы А. Этот же ток протекает по фазе Z_А потребителя. Следовательно, при соединении в звезду фазный ток I_Ф тождественно равен линейному току I_Л:

 

I_Ф ≡ I_Л.

Напряжение между линейными проводами, называемое линейным напряжением (например, U_АВ), оказывается в раз больше, чем фазное напряжение источника питания U_А, U_В или U_С,:

 

U_Л= U_Ф.

Если трехфазная система симметрична (Z_А= Z_В= Z_С и ), то по всем трем фазам протекают одинаковые по величине токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120⁰. Ток в нейтральном проводе при этом равен нулю. Напряжения во всех фазах потребителя также отличаются друг от друга по фазе на 120⁰ (рис.6.2).

Uа

UА

UАВ

UСА

n

UNn

N

UС

Uв

Iв

UВС

Uc

UВ

Uвc

 

Рис.6.2. Рис.6.3. Рис.6.4.

 

При включении в разных фазах различных по мощности потребителей (несимметричная нагрузка), токи каждой фазы (в каждом линейном проводе), отличаются друг от друга не только фазой, но и величиной. По нейтральному проводу при этом протекает ток, вектор которого на основании первого закона Кирхгофа равен геометрической сумме векторов фазных токов (рис.6.3.)

 

I_А+ I_В+ I_С= I_О.

Обрыв нейтрального провода (трехпроводная система) при несимметричной нагрузке приводит к изменению напряжения на всех фазах потребителей и появлению напряжения смещения нейтрали U_Nn (рис.6.4). Положение точки «n» на векторной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей U_Аn, U_Вn и U_Сn может быть определенно методом засечек (рис.6.5) или рассчитана аналитически.

 

 

 

Рис.6.5.

 

 

Порядок выполнения работы.

3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль трехфазного трансформатора, модуль трехфазного напряжения, модуль резистора, модуль амперметров переменного тока, модуль вольтметров).

 

3.2. Установить на модуле трехфазного напряжения частоту питающего напряжения 50Гц (переключатель SA2). Включить модуль питания стенда (выключатель QF1), модуль трехфазного напряжения (выключатель SA1 и тумблер SA3) и модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1). Измерить линейную и фазные напряжения трехфазного источника питания (трехфазного трансформатора) на холостом ходу (т.е. без нагрузки). Результаты измерений занести в таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1.

Линейные напряжения	Фазные напряжения	Вычислено
UАВ, В	UВС, В	UСА, В	UА, В	UВ, В	UС, В	UЛ, В	UФ, В	UЛ/UФ

3.3. Собрать электрическую цепь (рис. 6.6) В качестве нагрузки использовать резисторы 6,3модуля резисторов. В качестве источника трехфазного напряжения использовать модуль «Трехфазный трансформатор».

 

Рис.6.6

3.4. Включить в фазах потребителя по указанию преподавателя одинаковые сопротивления резисторов (симметричную нагрузку). Измерить токи, фазные и линейные напряжения при включенном нейтральном проводе. Результаты занести табл. 6.2. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями потребителей.

 

3.5. Повторить те же измерения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в табл. 6.2.

 

3.6. По указанию преподавателя изменить нагрузку в фазах потребителя так, что бы в каждой фазе были включены различные сопротивления. Измерить токи, линейные и фазные напряжения в каждой фазе потребителя при наличии нейтрального провода. Результаты записать в табл. 6.2.

 

3.7. Отключить нейтральный провод и вновь измерить токи напряжения. Результаты записать в табл. 6.2.

 

3.8. По результатам измерений вычислить активную мощность трехфазной цепи для каждого опыта.

 

3.9. Для всех проведенных опытов построить в масштабе векторные диаграммы.

 

3.10. Сравнить влияние нейтрального провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузке.

 

Таблица 6.2.

Режим нагрузки	Ток нагрузки, А	Напряжение на потребителях, В
IA	IВ	IС	IО	Фазные	Линейные
UАП	UВП	UСП	UАВ	UВС	UСА
Нейтральный провод включен, нагрузка симметричная
Нейтральный провод выключен, нагрузка симметричная
Нейтральный провод включен, нагрузка несимметричная
Нейтральный провод выключен, нагрузка несимметричная

Содержание отчета

 

Отчет по работе должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) технические данные электроизмерительных приборов;

в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

г) таблицы с результатами эксперимента;

д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов;

е) вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении потребителя по схеме звезда.

 

5. Контрольные вопросы

1. Какое соединение называется звездой?

2. Какого соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда?

3. Какое соотношение между фазными и линейными точками при соединении в звезду?

4. Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны токи потребителя?

5. Для чего применяют нейтральный провод?

6. К каким зажимам следует подключить вольтметр, что бы измерить фазное и линейное напряжение?

7. Какая трехфазная нагрузка называется симметричной?

8. Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом?

 

Литература:

1. Иванов И.И. «Электротехника» 2003г.

2. Касаткин А.С. «Электротехника» 2002г.

3. Ирисимов В.М. «Учебное пособие для не электротехнических специальностей» 1987г.