Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Изучение электрического состояния трехфазной цепи при соединении однофазных приемников электроэнергии звездой
Лабораторная работа №3
По дисциплине «Электротехника»
Специальность 1-49 01 02 - «Технология хранения и переработки животного сырья»
Специализация 1-49 01 02 02 - «Технология молока и молочных продуктов»
Проверил: Выполнил:
студент группы ТЖМ-101
___________ Л. А.Лобарева _________
«____» _________2012г. «____»___________2012г.
Могилев 2012
Цель работы
1.1 Изучить основные свойства симметричной и несимметричной трех-фазных систем при соединении звездой.
1.2 Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников, соединенных звездой и включенных в четырехпроводную сеть, на ток в ней-тральном проводе.
1.3 Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников, соединенных звездой на напряжение между зажимами каждого из них при включении их в трехпроводную сеть. Выяснить роль нейтрального провода.
1.4 Приобрести практические навыки сборки электрических цепей трехфазного тока, работы с электроизмерительными приборами, измерения линейных и фазных токов и напряжений.
Основные теоретические положения
Совокупность трех однофазных цепей переменного тока, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе, называется трехфазной системой. Однофазные цепи, входящие в состав трехфазной системы, называются фазами. При сдвиге фаз между ЭДС, напряжениями и токами на 1200 и равенстве их амплитудных значений трехфазная система называется симметричной.
Трехфазная система переменного тока была изобретена выдающимся русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г. Им были разра-ботаны трехфазный генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Простое устройство, относительная дешевизна, надежность в эксплуатации и лучшие экономические показатели трехфазных генераторов, трансформато-ров, асинхронных двигателей, линий электропередач трехфазного тока по сравнению с аналогичными устройствами однофазного тока, возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного – способствовали широкому промышленному внедрению трехфазной системы переменного тока.
Трехфазная цепь состоит из трех основных частей: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС, линии передачи со всем необходимым обору-дованием и приемников энергии, которые могут быть как трехфазными (например, электродвигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).
Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину двух типов: турбогенератор или гидрогенератор. На статоре генератора размещается три фазные обмотки (фазы), смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 1200. При равномерном вращении ротора, выполненного в виде электромагнита постоянного тока, в обмотках генератора в соответствии с законом электромагнитной индукции возбуждаются три синусоидальные ЭДС, взаимно сдвинутые по фазе на 1200.
К фазам генератора подключаются приемники электрической энергии. Нагрузка фаз называется симметричной, если к каждой фазе подключены приемники, имеющие равные по величине и одинаковые по характеру сопро-тивления. Симметричной нагрузкой являются трехфазные двигатели, трехфаз-ные трансформаторы, электрические печи, несимметричной – осветительная нагрузка и потребители бытового обслуживания (холодильники, телевизоры).
Источники энергии и приемники энергии трехфазной системы могут быть соединены звездой или треугольником.
При соединении звездой концы всех обмоток генератора соединяются в один общий узел N, называемый нулевой или нейтральной точкой источника. Аналогично соединяется звездой приемник: концы его фаз соединяются в один общий узел n, называемый нулевой или нейтральной точкой приемника. Начала фаз источника с началом фаз приемника соединяются линейными проводами. Такая трехфазная система называется трехпроводной. В некоторых случаях нейтральную точку генератора N и нейтральную точку приемника n соединяют между собой четвертым проводом – нейтральным или нулевым. Такое соединение называется соединение звездой с нулевым проводом и обозначается Y0, а трехфазная система в этом случае является четырех-проводной.
В трехфазных электрических цепях различают фазные и линейные напряжения и токи. Напряжения между началами отдельных фаз приемника Uab, Ubc и Uca называются линейными, а между началом и концом фаз Ua, Ub, Uc – фазными.
При соединении фаз трехфазного источника звездой справедливо соотношение:
UЛ = 
UФ (39)
Это же выражение справедливо для напряжения на зажимах приемника, но при условии, что нагрузка симметрична или при наличии нейтрального провода при несимметричной нагрузке.
Токи IА, IВ, IС в линейных проводах называют линейными, токи, проте-кающие по фазам, - фазными, а ток IN в нейтральном проводе называется нейт-ральным.
При соединении звездой линейные токи равны соответствующим фазным токам:
IЛ = IФ (40)
Ток в нейтральном проводе в соответствии с первым законом Кирхгофа для узла n равен:
IА + IВ + IС = IN (41) При симметричной нагрузке тока в нейтральном проводе не будет (IN = 0), поэтому нейтральный провод не нужен и его не включают.
Несимметричная нагрузка включается в трехфазную сеть звездой с нейтральным проводом. При этом потенциал нейтральной точки приемника равен потенциалу нейтральной точки генератора, следовательно, фазные напряжения приемника равны соответствующим фазным напряжениям генератора. Изменение фазной нагрузки одной фазы вызывает изменение тока в данной фазе, который влияет на ток только в нейтральном проводе и не влияет на ток в других фазах.
Несимметричную нагрузку нельзя подключать в трехфазную сеть без нейтрального провода. В случае обрыва нейтрального провода (YN = 0) при несимметричной нагрузке между нейтральной точкой источника и приемника возникает напряжение UN и происходит перераспределение напряжений по фазам приемника. На фазах, имеющих большее сопротивление, напряжение будет больше номинального фазного напряжения, приемники перегреются и даже могут сгореть. На фазах, имеющих меньшее сопротивление, напряжение будет меньше номинального, и приемники получат меньшую мощность. Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Плавкий предохра-нитель в нейтральный провод не ставят: при перегорании предохранителя на фазах нагрузки могут возникнуть значительные перенапряжения, в нейтральный провод также не вводят выключатель.
Соединение приемников энергии звездой применяют в тех случаях, когда их номинальное напряжение меньше линейного напряжения источника в раз.