1. Ознакомиться с оборудованием и измерительными приборами, используемыми при выполнении работы.
2.Исследовать трехфазную цепь при соединении потребителей по схеме «звезда» с нейтральным проводом (четырехпроводную):
1) собрать цепь согласно рисунку 4.4, используя приборы и элементы лабораторного стенда;
Рисунок 4.4 — Схема экспериментальной установки: соединнеие нагрузок звездой
с нейтральным проводом
В данной электрической схеме РАа, РАb, РАс, РАN — амперметры на предел 1А, 2А; PV — вольтметр, предел 250 В; Za, Zb, Zc — переменные сопротивления трехфазной нагрузки;
2) с помощью переключателей нагрузки установить симметричный режим, подать напряжение, произвести измерения линейных токов и тока в нейтральном проводе, фазных и линейных напряжений. Для измерения напряжения использовать вольтметр стенда, поочередно подключая его к соответствующим точкам цепи. Результаты измерений записать в таблицу 4.1;
3) создать несимметричный режим работы трехфазной цепи, произвести измерение фазных токов и тока в нейтральном проводе, фазных и линейных напряжений. Результаты измерения занести в таблицу 4.1;
Таблица 4.1
| Режим работы цепи | Измерено | Вычислено | |||||||||||||||
| UAB, В | UBC, В | UCА, В | Ua, В | Ub, В | Uc, В | IA, А | IB, А | IC, А | IN, А | PA, Вт | РB, Вт | РС, Вт | P, Вт | U л /U ф | |||
| a | b | c | |||||||||||||||
| Симметричный | |||||||||||||||||
| Несимметричный | |||||||||||||||||
| Обрыв фазы |
4) установить режим обрыва (отключения потребителей) одной из фаз по указанию преподавателя. Произвести необходимые измерения токов и напряжений. Результаты свести в таблицу 4.1.
3. Исследовать четырехпроводную цепь при соединении потребителей по схеме «звезда» («звезда» без нейтрального провода) в различных режимах работы:
1) отключить цепь от источника питания, снять нейтральный провод;
2) подключить цепь к источнику питания. С помощью переключателя нагрузки установить симметричный режим. Произвести измерение фазных токов, фазных и линейных напряжений и напряжения смещения нейтрали, результаты занести в таблицу 4.2;
3) установить несимметричный режим, произвести измерения токов и напряжений. Результаты занести в таблицу 4.2;
4) установить режим обрыва (отключения потребителей) в одной из фаз по указанию преподавателя. Произвести необходимые измерения. Результаты занести в таблицу 4.2;
5) отключить цепь от источника питания. Проводником замкнуть клеммы входа потребителя одной из фаз по указанию преподавателя. Подать напряжение на цепь. Произвести необходимые измерения. Результаты внести в таблицу 4.2.
Таблица 4.2
| Режим работы цепи | Измерено | Вычислено | |||||||||||||||||||||
| UAB, В | UBC, В | UCА, В | Ua, В | Ub, В | Uc, В | IA, А | IB, А | IC, А | UnN, B | PA, Вт | РB, Вт | РС, Вт | P, Вт | U л /U ф | |||||||||
| a | b | c | |||||||||||||||||||||
| Симметричный | |||||||||||||||||||||||
| Несимметричный | |||||||||||||||||||||||
| Обрыв фазы | |||||||||||||||||||||||
| Короткое замыкание фазы | |||||||||||||||||||||||
4. Обработка результатов измерений:
1) подсчитать активные мощности отдельных фаз и общую мощность;
2) определить соотношения между фазными и линейными значениями напряжений;
3) по данным измерений построить векторные диаграммы токов и напряжений для всех исследуемых режимов работы цепи.
Построение векторных диаграмм для всех случаев следует начинать с симметричной системы фазных и линейных напряжений генератора, как это показано на рисунке 4.2, выбрав при этом соответствующий масштаб.
При наличии нейтрального провода точки N и n на диаграмме будут совпадать, так как потенциалы этих точек совпадают.
При отсутствии нейтрального провода положение точки n на диаграмме в общем случае нужно искать методом засечек. Из вершины А проводится окружность радиусом Ua, из вершины В — радиусом Ub, и из вершины С — радиусом Uc. Точка пересечения окружностей есть точка n. Ее соединяют с точками А, В, С (рисунок 4.3) и получают векторы фазных напряжений потребителя.
Векторы токов строят по отношению к соответствующим векторам фазных напряжений с учетом угла сдвига фаз, который определяется нагрузкой.
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Конспективная запись изучения теоретического материала.
3. Программа работы, соответствующие схемы и таблицы экспериментальных и расчетных данных.
4. Векторные диаграммы токов и напряжений для исследуемых режимов.
5. Выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ. СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ
ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Цель работы: Исследовать трехфазную цепь с нагрузкой, соединенной по схеме «треугольник» в симметричном и несимметричном режимах. Определить основные соотношения между фазными и линейными значениями токов и напряжений.
Подготовка к работе
1. Изучить тему «Трехфазные цепи» по литературе [1, § 2.1, 2.3, 2.4; 3 § 3.3, 3.4] и по конспекту лекций.
2. Ознакомиться с описанием лабораторной работы.
3. Ответить на вопросы:
1) В каком случае используется соединение потребителей по схеме «треугольник»?
2) Схема включения, основные соотношения, векторные диаграммы при соединении трехфазного потребителя по схеме «треугольник».
3) Как изменится мощность потребления трехфазного потребителя при переключении его со схемы «звезда» на схему «треугольник» при том же линейном напряжении?
4) Как связаны линейные и фазные токи и напряжения при соединении трехфазного потребителя по схеме «треугольник»?
5) Активная, реактивная и полная мощности трехфазной цепи при соединении потребителей треугольником.
4. Подготовить протокол отчета.
Сведения из теории
При соединении трехфазного потребителя по схеме «треугольник» конец потребителя в первой фазе соединяется с началом потребителя во второй фазе (точка b на рис. 5.1), конец потребителя во второй фазе соединяется с началом потребителя в третьей фазе (точка с) и конец потребителя в третьей фазе соединяется с началом потребителя в первой фазе (точка а). Получается треугольник с вершинами в точках а, b, с.
Необходимо иметь в виду, что схема включения потребителя не зависит от схемы включения источника (генератора). Обмотки генератора (источника) чаще всего включаются по схеме «звезда». Такая схема и ее векторная диаграмма рассмотрены в предыдущей работе, а здесь отметим, что линейные провода соединяют клеммы источника А, В, С с соответствующими клеммами потребителя а, b, с (рисунок 5.1).
На рисунке 5.1 видно, что каждая фаза потребителя присоединяется соответственно к двум линейным проводам.
Рисунок 5.1 — Включение потребителей по схеме «треугольник».
Поэтому при соединении потребителей по схеме «треугольник» фазные напряжения равны соответствующим линейным напряжениям:
.
Фазные токи, которые, как и напряжения, обозначаются двойным индексом, можно определить из закона Ома для участка цепи, а именно:
, 
, 
.
Отсюда видно, что токи в каждой фазе зависят только от своих линейных напряжений и сопротивлений своих фаз. Следовательно, независимую работу потребителей в такой схеме может обеспечить трехпроводная линия электропередачи. Это является преимуществом схемы «треугольник», т. к. независимую работу потребителей в схеме «звезда» может обеспечить четырехпроводная линия («звезда» с нейтральным проводом). Недостатком схемы «треугольник» является то, что у потребителя будет только одно напряжение — линейное.
На основании первого закона Кирхгофа для узлов а, b, с потребителя можно записать выражения для линейных токов:
; 
; 
.
На схеме (рисунок 5.1) условно принято: все линейные токи ориентированы от источника к потребителю, а все фазные токи — по часовой стрелке.
Допустим, сопротивления фаз разные и чисто активные: Rab ¹ Rbc ¹ Rca, поэтому фазные токи при одинаковых напряжениях будут разными. Векторная диаграмма напряжений и токов показана на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 — Векторная диаграмма напряжений и токов
при соединении потребителя треугольником
Если нагрузка будет симметричной, то треугольники токов становятся равнобедренными с одинаковыми фазными Iab = Ibc = Ica = I ф и равными линейными токами IА = IВ = IС = I л, откуда следует, что I л = 
I ф.
Обрыв фазы потребителя при соединении треугольником следует рассматривать как выключение потребителя в этой фазе, и это есть частный случай несимметричной нагрузки. При обрыве линейного провода в трехфазной цепи с нагрузкой, включенной треугольником, трехфазная система токов исчезает. Это эквивалентно включению потребителя в однофазную цепь, и на векторной диаграмме треугольники исчезают.
Мощности в трехфазной цепи при соединении потребителей треугольником можно определить по известным формулам, приведенным в предыдущей работе, но токи, напряжения и угол сдвига фаз будут иметь индексы из двух букв.
Активная мощность
.
Реактивная мощность
.
Полная мощность
.
Фазные мощности (Раb, Pbc, Pca, Qab, Qbc, Qca) при симметричном режиме равны, поэтому в таком случае
;
;
.