I Общие сведения

Цель работы

Цель работы – экспериментальное исследование режимов работы трёхфазной цепи при соединении фаз генератора «звездой», а фаз приемника «треугольником».

I Общие сведения

Общие сведения о трёхфазной цепи и симметричном источнике питания изложены в предыдущей лабораторной работе.

На рисунке 1.1 показан способ соединения фаз нагрузки «треугольником». Токи , , , протекающие по линейным проводам, называются линейными. Токи , , , протекающие по сторонам треугольника, называются фазными токами приёмника.

Рисунок 1.1 – Приёмник, фазы которого соединены «треугольником».

На рисунке 1.2 показана векторная диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов для симметричного резистивного приёмника . Фазные напряжения приёмника , , равны линейным со стороны генератора , , , т.е. , , . На рисунке , , - фазные напряжения генератора.

Рисунок 1.2 – Векторные диаграммы напряжений и токов.

В симметричном режиме фазные токи приёмника , , равны по модулю, сдвинуты относительно друг друга на и совпадают по направлению с соответствующими линейными напряжениями генератора , , . Фазные токи рассчитываются по формулам:

, , .

Все линейные токи , , равны по модулю, в раз больше фазных токов и отстают от соответствующих фазных токов на угол (рисунок 1.2):

, , .

В случае несимметричного режима работы трёхфазной цепи, обусловленного несимметричным приёмником фазные токи вычисляются по закону Ома:

, , .

Линейные токи определяют по первому закону Кирхгофа:

, , .

На рисунке 1.3 показана векторная диаграмма напряжений, совмещенная с векторной диаграммой токов для несимметричного приёмника .

Рисунок 1.3 – Векторная диаграмма для несимметричного режима.

Несимметричный режим может быть обусловлен обрывом линейного провода, например, провода . Такой режим называют холостым ходом фазы .

Рисунок 1.4 – Схема цепи для режима холостого хода.

При равенстве сопротивлений фаз приёмника фазные токи рассчитываются по формулам:

, .

Линейные токи равны:

, .

Векторная диаграмма напряжений и токов в режиме холостого хода фазы приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Векторная диаграмма для режима холостого хода.

В этом режиме существует напряжение смещение нейтрали . Величина смещения равна половине фазного напряжения генератора, т.е. .

Несимметричный режим работы трёхфазной цепи также возможен при обрыве фазы приёмника (стороны треугольника). Рассмотрим обрыв фазы приёмника , который приводит к режиму короткого замыкания фазы . Трёхфазная цепь в этом режиме изображена на рисунке 1.6.

с

Рисунок 1.6 - Схема цепи для режима короткого замыкания.

В этом режиме возникает напряжение смещения нейтрали , равное напряжению фазы генератора . Линейные и фазные токи при находятся по формулам:

,

,

, ,

Рисунок 1.7 – Векторная диаграмма для режима короткого замыкания фазы .

II Содержание и порядок выполнения работы

Источником симметричного трёхфазного напряжения является модуль ТРЁХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Источник создаёт систему напряжений прямого следования фаз с линейным напряжением В.

Для измерения токов используются амперметры из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ и мультиметры. Напряжения измеряют вольтметром PV из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ. Трёхфазную нагрузку собирают из пассивных элементов блока МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ.

1. Симметричный режим.

· Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рисунке 2.1. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления фаз приемника , где , , . Рекомендуемые значения сопротивлений выбрать из диапазона (68-330) Ом.

Рисунок 2.1

Для измерения линейных токов использовать амперметры PA1, PA2, PA3 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ (0-250мА), а для измерения напряжения вольтметр PV (2-15В).

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблер SA1 модуля ТРЁХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

· Измерить линейные напряжения , , и линейные токи , , .

· Рассчитать фазные токи , , по формуле: .

· Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1П протокола измерений.

· Отключить выключатель QF.

2. Несимметричный режим.

· Собрать электрическую цепь по схеме рисунка 2.2. В фазах приёмника и использовать мультиметры PA4 и PA5 с пределом 400 мА. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления . Рекомендуемые значения сопротивлений находятся в диапазоне Ом, Ом. Выбираются по указанию преподавателя.

Рисунок 2.2

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

· Измерить линейные токи , , и фазные токи , .

· Занести данные в таблицу 1П протокола измерений.

· Отключить выключатель QF.

3. Обрыв линейного провода.

Опыт проводить согласно номеру варианта (таблица 2.1).

Таблица 2.1

· Собрать электрическую цепь согласно номеру варианта. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления из диапазона Ом по указанию преподавателя.

· Проверить собранную цепь в присутствии преподавателя.

На рисунке 2.3 изображена схема при обрыве линейного провода фазы А.

Рисунок 2.3

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

· Измерить линейные и фазные токи.

· Занести данные в табл. 1П протокола измерений.

· Отключить выключатель QF.

4. Обрыв фазы приёмника.

· Собрать электрическую цепь согласно номеру варианта (таблица 2.1). Значения сопротивлений выбираются из диапазона Ом по указанию преподавателя.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

На рис. 2.4 изображена схема при обрыве фазы приёмника ab.

Рисунок 2.4

· Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

· Измерить линейные и фазные токи.

· Результаты занести в табл. 1П протокола измерений.

Выключить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1) и автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

Протокол измерений утвердить у преподавателя.

Протокол измерений к лабораторной работе №10

«ТРЁХФАЗНАЯ ЦЕПЬ, СОЕДИНЁННАЯ ТРЕУГОЛЬНИКОМ»

Фазные напряжения трёхфазного источника питания:

Линейные напряжения трёхфазного источника питания:

Таблица 1П – Данные измерений

Режим работы трёхфазной цепи	, А	, А	, А	, А	, А	, А
Симметричный Ом
Несимметричный Ом Ом
Обрыв линейного провода Ом
Обрыв фазы приёмника

Работу выполнили _______________________________

Работу проверил _________________________________

III Содержание отчёта

1. Отразить наименование и цель работы.

2. Нарисовать схему замещения трёхфазной электрической цепи в симметричном режиме работы. По результатам измерений, представленным в табл. 1П, построить векторную диаграмму напряжений и токов этого режима. Рассчитать активную мощность трёхфазной цепи по формулам:

, ,

где , - соответственно ток и сопротивление фазы приёмника,

- угол между фазным напряжением и током приёмника.

3. Нарисовать схемы замещения трёхфазной цепи в несимметричном режиме работы:

- при ;

- при обрыве линейного провода;

- при обрыве фазы нагрузки.

Для каждого несимметричного режима построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов, используя результаты измерений (таблица 1П).

4. Записать выводы по работе.

IV Вопросы для самопроверки

1. Какую трёхфазную систему ЭДС называют симметричной?

2. Дайте определение линейного и фазного напряжений, линейного и фазного токов.

3. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями при соединении обмоток генератора «звездой»?

4. Дайте определение симметричного режима работы трёхфазной цепи.

5. Как вычисляются фазные и линейные токи при соединении фаз приёмника в «треугольник» в симметричном режиме работы трёхфазной цепи?

6. Как рассчитываются линейные и фазные токи при различной нагрузке фаз приёмника, т.е. ?

7. Как рассчитать линейные и фазные токи при обрыве линейного провода трёхфазной цепи?

8. Как рассчитать линейные и фазные токи при обрыве фазы приёмника, соединённого «треугольником»?

9. Как изменятся напряжения, фазные и линейные токи при переключении симметричного трёхфазного приёмника из «треугольника» в «звезду»?

10. Как изменятся активная мощность симметричного трёхфазного приёмника, если его фазы переключить со «звезды» на «треугольник»?