Программа работы.

(Программа: «Elektroniks Workbench».)

1Собрать рабочую схему согласно рис. 9:

Рис. 9.

1.1. Для этого вывести на экран:

3 источника переменной ЭДС и сопротивления согласно варианта из набора элементов;

4 амперметра, 7 вольтметров из «окошка».

1.2. Установить напряжения и углы сдвига фаз в источниках питания:

А – 220 /50 Hz/ 0 Deg;

В – 220 /50 Hz/ 240 Deg;

С – 220 /50 Hz/ 120 Deg.

1.3. Все измерительные приборы перевести в режим работы переменного тока – дважды нажав на клавишу «мыши», перевести режим работы с DС на АС.

1.4. Установить значения сопротивлений согласно варианта (таблица 1). Для этого дважды нажав на сопротивление, изменить значение сопротивления и установить размерность – Ом (Ω).

1.5. Выполнить необходимые соединения.

2. При включенном нейтральном проводе произвести измерение фазных и линейных напряжений, фазных токов и вычислить мощности. Результаты измерений занести в таблицу

3. Отключить нейтральный провод. Произвести измерение тех же величин и напряжение смещения нейтралей V₀.

4. Включить в каждую фазу дополнительно либо емкостные, либо индуктивные сопротивления. Дважды нажав на сопротивление установить значение индуктивности или емкости согласно варианта (таблица 1). Рассчитать значения реактивных сопротивлений. Измерить фазные напряжения, токи и рассчитать мощности при наличии нулевого провода и без него. Определить коэффициент мощности приемника.

5. Установить с помощью активных емкостных и индуктивных сопротивлений несимметричную нагрузку согласно варианта (таблица 2). При включенном нейтральном проводе измерить фазные напряжения, токи. Рассчитать мощности. Измерить ток в нейтральном проводе.

6. Не меняя сопротивления фаз, отключить нейтральный провод, измерить фазные напряжения, токи, рассчитать мощности. Измерить напряжение смещения нейтрали.

7. Измеряя активные сопротивления фаз или полные сопротивления фаз, установить одинаковые токи в фазах (равномерная нагрузка). Измерить фазные напряжения, токи при наличии нулевого провода и без него. Рассчитать мощности.

8. При включенном нейтральном проводе довести сопротивление одной фазы до ∞ (отсоединить эту фазу от нейтральной точки приемника). Произвести измерения фазных токов, напряжений, тока в нейтральном проводе. Рассчитать мощности.

9. Не изменяя сопротивлений фаз, отключить нейтральный провод. Измерить фазные напряжения, токи, напряжение смещения нейтрали. Рассчитать мощности.

10. При отключенном нейтральном проводе, восстановить схему, затем замкнуть одну фазу отдельным проводом накоротко (Z_ф = 0). Измерить фазные напряжения, токи, напряжение смещения нейтралей V₀. Рассчитать мощности.

11. Для всех пунктов таблицы измерений построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3

Контрольные вопросы

1. Что называется соединением «звездой» приемников энергии?

2. Что называется фазным и линейным напряжением приемника? Как измеряются они в лабораторной работе?

3. Что называется фазным и линейным напряжением, током? Каково соотношение между ними?

4. Что такое симметричная и равномерная нагрузки? В чем их отличие?

5. Что такое смещение нейтральной точки приемника? Когда оно возникает? Как измерить напряжение смещения?

6. Почему при несимметричной нагрузке с нейтральным проводом (Z_н = 0) система фазных напряжений приемника остается симметричной? Какой при этом является система токов (поясните по векторной диаграмме)? Как определяется величина тока I₀?

7. Как по векторной топографической диаграмме определить напряжение смещения нейтрали?

8. Как зависит величина напряжения смещения нейтралей от сопротивления нейтрального провода? Когда оно наибольшее?

9. По какой формуле определяется напряжение смещения нейтралей? Вычислите это напряжение для случаев обрыва фазы без нулевого провода и короткого замыкания фазы. Сравните полученные результаты с данными измерений.

10. Как изменяются фазные напряжения и токи, если при симметричной нагрузке четырехпроводной трехфазной системы произойдет обрыв нулевого провода или одного из линейных проводов?

11. Как отразится на значениях фазных напряжений обрыв нулевого провода при несимметричной нагрузке четырехпроводной трехфазной системы?

12. Как определить мощность, потребляемую симметричным трехфазным приемником?

13. Как определить мощность, потребляемую несимметричным трехфазным приемником?

14. Начертите векторную диаграмму напряжений и токов для симметричной чисто емкостной нагрузки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

1. Цель работы.

Экспериментальное определение основных соотношений между токами, напряжениями и мощностями в симметричных и несимметричных цепях. Исследование различных режимов работы трехфазной цепи.

2. Теоретические положения

Для симметричного треугольника имеют место соотношения:

где Z_ф - полное сопротивление фазы нагрузки, - фазовый - сдвиг между напряжением и током в фазе нагрузки:

Для несимметричного треугольника (рис.1.) фазные токи

рассчитывают по формулам:

Линейные токи находят по уравнениям, записанным по 1-му закону Кирхгофа:

(1)

Если пренебречь сопротивлениями линий, то

Для измерения активной мощности в несимметричной цепи применяют схему двух ваттметров. Заметим, что показания каждого из приборов не соответствуют активной мощности какой-либо фазы нагрузки. Более того, показания приборов могут быть разных знаков. Поэтому во время снятия показаний ваттметров следует обращать внимание на положение переключателя (" +" или " -") и учитывать этот знак при расчетах. Активная мощность нагрузки равна алгебраической сумме показаний ваттметров:

Построение векторно-топографических диаграмм

для различных режимов работы

Все диаграммы строят, начиная с векторов линейных напряжений источника питания, которые образуют равносторонний треугольник для любых режимов работы. Векторы линейных токов строят на основании соотношений (1), " привязывая" каждый вектор к той вершине треугольника, в которую данный ток втекает (впрочем, " привязка" не обязательна). Правильность построения диаграммы токов контролируют проверкой выполнения условия:

(2)

Векторы линейных токов образуют замкнутый треугольник.

Рассмотрим различные случаи нагрузки:

1) Нагрузка фаз равномерная резистивная.

Векторы фазных токов совпадают с векторами фазных (линейных) напряжений . Векторы линейных токов отстают от векторов соответствующих фазных токов на 30° (рис. 2, а). Векторная диаграмма может быть построена и в виде, представленном на рис. 2, б.

2)Нагрузка фаз симметричная резистивно-емкостная.

Построение диаграммы аналогично предыдущему случаю, только вектор фазного тока опережает вектор фазного напряжения на угол . Векторная диаграмма может быть построена в виде, представленном на рис. 3а или в виде 3, б.

3)Обрыв фазы. Нагрузка резистивно-емкостная.

Пусть для определенности оборвана фаза (рис. 4, а) в цепи, симметричной до обрыва. Тогда , но другие фазные токи не изменяются. Линейный ток остается прежним, другие линейные токи изменяются как по модулю, так и по направлению. Линейный ток будет равен току , но иметь противоположное направление (рис. 4, б). Линейный ток будет равен фазному току :

4) Обрыв линейного провода. Нагрузка резистивно-емкостная.

Допустим, что оборван линейный провод В (рис. 5, а) в цепи, симметричной до обрыва. В этом случае система нагрузки из трехфазной превращается в однофазную. Hагрузка оказывается подключенной только к линейному напряжению , причем фазы ав и вc соединены между собой последовательно, а точка в топографической диаграммы (рис. 5, б) перемещается в середину вектора _. Фазный ток остается неизменным, токи и
уменьшаются по величине в 2 раза, а их начальные фазы совпадают. Линейный ток , токи и равны по величине, но противоположны по направлению.

3. Описание экспериментальной установки

В лабораторной работе используется та же установка, что
и в лабораторной работе «Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой». Схема соединений элементов нагрузки приведена на рис.6.

4. Проведение эксперимента, обработка данных
и анализ результатов

A.Содержание и порядок проведения работы

1. Подключить фазоуказатель к зажимам источника питания и определить порядок чередования его фаз.

2. Измерить линейные напряжения источника и записать их величины в протокол эксперимента.

3. Собрать нагрузку по схеме треугольник, отключив из ее
фаз конденсаторы. Подключить питание. Изменяя положения движков реостатов, установить одинаковые сопротивления фаз, иными словами - добиться симметрии нагрузки. Измерить напряжения, токи, мощности в фазах нагрузки, а также линейные токи. Результаты измерений записать в таблицу 1.

4. Не изменяя активных сопротивлении фаз, включить с помощью тумблеров К_С конденсаторы во все фазы нагрузки. Произвести аналогичные п. 3 измерения и результаты занести в таблицу.

5. По указанию преподавателя разорвать одну из фаз в схеме п. 4. Произвести аналогичные пп. 3-4 измерения. Измерить активную мощность нагрузки по схеме двух ваттметров. Результаты измерений записать в таблицу.

6. Восстановить схему п.4. По указанию преподавателя ра-
зорвать один из линейных проводов. Измерить линейные и фазные токи, фазные напряжения и мощности, а также напряжение в месте разрыва линии. Измерить активную мощность нагрузки по схеме двух ваттметров. Результаты измерений занести в таблицу.

7. По указанию преподавателя собрать схему несимметричной нагрузки. Измерить фазные и линейные токи, фазные напряжения и мощности. Измерить активную мощность нагрузки по схеме двух ваттметров. Результаты измерений записать в таблицу.

Примечание:

Если в данном пункте не требуется измерять какие-либо
величины, заранее проставьте прочерки в соответствующие клетки таблицы.

Б. Перечень и технические данные приборов.

1._____________________________________________________

2.______________________________________________________

В.Указания по обработке экспериментальных данных.

1. По результатам измерений в п.2 записать мгновенные
значения и комплексы напряжений , приняв Построить топографическую диаграмму напряжений источника питания.

2. По результатам измерений в пп. 3, 4 вычислить активную мощность нагрузки по формуле:

и сравнить полученные значения с измеренными. Определить коэффициенты мощности нагрузок. Вычислить отношения линейных токов к фазным.

3. По данным эксперимента в пп. 3-7 построить в масштабе топографические диаграммы напряжений и совмещенные с ними векторные диаграммы токов. Произвести контроль построения диаграмм путем проверки выполнения условия (2).

5. Контрольные вопросы

1. Каковы соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями для симметричной трехфазной нагрузки, соединенной треугольником?

2. Как рассчитывают несимметричные трехфазные цепи при соединении нагрузки треугольником?

3. По каким формулам вычисляют активную мощность несимметричной трехфазной нагрузки при соединении ее треугольником?

4. Как изменяется активная мощность нагрузки при пересоединении ее фаз со схемы " звезда" в схему " треугольник"?

5. Как изменяется реактивная мощность нагрузки при пересоединении ее фаз со схемы " звезда" в схему " треугольник"?

6. Почему активная мощность несимметричной нагрузки остается такой же, как и симметричной если только несимметрия достигается отключением из фаз конденсаторов?

7. Как изменяются фазные напряжения нагрузки, соединенной треугольником, если оборвать линейный провод?

8. Расскажите об измерениях активной мощности нагрузки по схеме двух ваттметров.

Таблица 1

Рис. 1

а) б)

Рис.2

а) б)

Рис. 3

а) б)

Рис. 4

а) б)

Рис. 5

Рис. 6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

( компьютерный вариант)

1. Цель работы.

Экспериментальное определение основных соотношений между токами, напряжениями и мощностями в симметричных и несимметричных цепях. Исследование различных режимов работы трехфазной цепи.