Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”


Скачать 141.73 Kb.
НазваниеИсследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”
Дата публикации20.07.2013
Размер141.73 Kb.
ТипИсследование
userdocs.ru > Физика > Исследование
Лабораторная работа №7

Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”.
Цель работы и задачи 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.
Теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторной работы

Т
рехфазная электрическая цепь включает в себя источник и потребитель трехфазной энергии, соединенные проводами. Источник трехфазной электрической энергии может быть представлен в виде сово­купности трех однофазных источников синусоидальных ЭДС одина­ковой частоты и амплитуды, сдвинутых друг относительно друга по фазе на угол 120°, т.е. на 1/3 периода.
При использовании схемы соединения “звезда” концы фаз гене­ратора X, Y, Z или приемника x, y, z соединяются в общую точку, называемую нейтральной точкой, а начала фаз генератора А,В,С и приемника а, b,c подключаются к линейным проводам, соединяющим источник с потребителем. Нейтральные точки генератора и приемника n соединены нейтральным проводом. При наличии нейтрального провода трехфазная цепь называется четырехпроводной, а при его отсутствии - трехпроводной.

Напряжение между началом и концом каждой фазы генератора и приемника называется фазным напряжением генератора или приемника и обозначается UA, UB, UC -для генератора, Ua, Ub, Uc - для приемника.

Напряжение между началами разных фаз или между линейными проводами называются линейными напряжениями UAB ,UBC , UCA – для генератора и Uab ,Ubc Uca для приемников.

Токи, протекающие по фазам приемника или генератора , называются соответственно фазными токами приемника Iфп или генератора Iфг , а токи в линейных проводах называются линейными токами IЛ. На рис.1 представлена схема замещения трехфазной цепи, на которой используются обозначения комплексных напряжений, токов, сопротивлений.
П

b
оскольку при соединении "звездой" приемники Za, Zb, Zc включаются последовательно с линейными проводами, действующие значения фазных токов приемников равны действующим значениям линейных токов (IФП = IЛ).

На основании первого закона Кирхгофа IN=Ia+Ib+Ic. Фазные напряжения генератора UA, UB, UC равны соответствующим ЭДС Комплекные значения фазных напряжений имеют вид: UA=Uфгеj0, UВ=Uфге j120о , UC=Uфге j240о

(внутренние сопротивления фаз источника полагаем равными нулю).

где Uфг - действующее значение фазного напряжения генератора. В соответствии со вторым законом Кирхгофа

UAB=UA-UB ; UBC=UB-UC ; UCA=UC-UA .

На риc. 2 представлена векторная топографическая диаграмма фазных напряжений генератора и линейных напряжений, которые образуют жесткую симметричную систему, не зависящую от нагрузки. Из диаграммы следует, что действующие значения всех линейных напряжений одинаковы

UAB=UBC-UCA=UЛ

и что фазные напряжения генератора и линейные напряжения находятся в соотношении: Uл =√3Uф

При наличии нейтрального провода потенциал точек n и N одинаковы и, следовательно, фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям генератора, т.е. Ua=UA ; Ub=UB; Uc=UC

Нагрузка, подключенная к трехфазной сети, может быть симметричной и несимметричной. При симметричной нагрузке комплексные сопротивления всех фаз приемника одинаковы, т.е. Za=Zb=Zc

Вследствие равенства комплексных сопротивлений фаз приемника действующие значения токов в фазах одинаковы (Ia=Ib=Ic), а векторы токов направлены под углом 120° друг относительно друга. Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричной нагрузки представлена на рис.3. Если в качестве приемников используются резисторы, векторы токов в фазах приемника совпадают по направлению с векторами фазных напряжений. Ток в нейтральном проводе, определяемый как векторная сумма фазных токов будет равен нулю т.к. векторы фазных токов образуют симметричную тройку векторов. Таким образом, при симметричной нагрузке надобность в нейтральном проводе отпадает.

При несимметричной нагрузке режим работы цепи будет различным в зависимости от наличия или отсутствия нейтрального провода. В четырехпроводной цепи, т.е. с нейтральным проводом обеспечивается симметрия фазных напряжений приемника вследствие их равенства фазным напряжениям генератора, следовательно

В
екторы фазных токов не будут симметричными вследствие различия сопротивлений в фазах, что приводит к возникновению тока в нейтральном проводе. Векторная диаграмма напряжений и токов для четырехпроводной цепи при несимметричной нагрузке представлена на рис.4. Векторы фазных токов совпадают с векторами соответствующих фазных напряжений вследствие активного характера нагрузки. Ток IN в нейтральном проводе строится как векторная сумма фазных токов. Если при несимметричной нагрузке отключить нейтральный провод, то в полученной трехпроводной цепи нарушится равенство потенциалов нейтральных точек генератора и приемника и между ними возникнет разность потенциалов UnN , называемая напряжением смещения нейтрали.

Векторная диаграмма напряжений и токов для трехпроводной цепи при несимметричной нагрузке представлена на рис.5. Положение нейтральной точки приемника на векторной топографической диаграмме может быть определено графически по экспериментальным значениям фазных напряжений приемника Ua, Ub, Uc. Для этого из вершин треугольника АВС, образуемого векторами линейных напряжений, необходимо провести дуги радиусами, равными в выбранном масштабе фазным напряжениям приемника Ua, Ub, Uc .Точка пересечения дуг укажет положение точки n. Векторы, соединяющие точку n с вершинами треугольника, являются векторами фазных напряжений приемника Ua, Ub, Uc. Они связаны с фазными напряжениями генератора UА, UВ, UС следующими соотношениями:

Ua=UA-UnN ; Ub=UB-UnN ; Uc=UC-UnN

Векторы токов Ia, Ib, Ic совпадают по фазе с напряжениями Ua, Ub, Uc поскольку нагрузка является активной. В соответствии с первым законом Кирхгофа Ia +Ib,+ Ic =0.

Как следует из векторной диаграммы (рис.5) действующие значения фазных напряжений в разных фазах нагрузки неодинаковы, что неблагоприятно сказывается на работе потребителей и электрической энергии. По этой причине несимметричную нагрузку включают только в четырехпроводную цепь и в нейтральный провод не ставят предохранителей.
^ Описание лабораторной установки
Объектом исследования является электрическая цепь, состоящая из трех резисторов, номинальные значения сопротивлений которых выбираются в зависимости от характера нагрузки (симметричная или несимметричная). Схема исследуемой цепи приведена в протоколе испытаний.

Перечень миниблоков для сборки цепи

Наименование миниблока

Количество

Резистор 2 Вт 1 кОм

3

Резистор 2 Вт 680 Ом

1

Резистор 2 Вт 330 Ом

1


Электрическая цепь собирается на наборной панели, которая служит для расположения на ней миниблоков в соответствии со схемой данной лабораторной работы. Миниблоки представляют собой отдельные элементы электрических цепей (резисторы и т.п.), помещённые в прозрачные корпуса, имеющие штыри для соединения с гнёздами на приборной панели. На этикетках миниблоков изображены условные обозначения элементов или упрощённые электрические схемы и их соединения, показано расположении выводов и приведены основные технические характеристики. Миниблоки хранятся в специальном контейнере.

Гнёзда на наборной панели соединены в узлы, поэтому часть соединений выполняется автоматически при установке миниблоков в гнёзда панели. Остальные соединения выполняются соединительными проводами и перемычками.

Для изменения тока в ветвях удаляется одна из перемычек и вместо неё в образовавшийся разрыв включается амперметр. Для измерения напряжений на элементах цепи параллельно рассматриваемому элементу включается вольтметр.

Источником питания электрической цепи служит генератор синусоидальных напряжений, расположенный на центральной панели стенда (212.2) - блока генератора напряжений. Генератор синусоидальных напряжений содержит однофазный источник напряжения 24 В (вторичная обмотка питающего трансформатора 220/24 В) и трёхфазный стабилизированный по амплитуде выходного напряжения преобразователь однофазного напряжения в трёхфазное (Uл=12 В). Выходное сопротивление трёхфазного источника в рабочем диапазоне токов близко к нулю. К выходным гнездам А, В, С, N преобразователя подключаются элементы исследуемой трехфазной цепи.

Все генераторы панели (212.2) включаются и выключаются общим выключателем “Сеть” и защищены от внутренних коротких замыканий плавким предохранителем с номинальным током 2А. Все источники напряжений гальванически изолированы друг от друга и от корпуса блока и защищены от перегрузок и внешних коротких замыканий самовосстанавливающимися предохранителями с номинальным током 0,2 А. О срабатывании предохранителя свидетельствует индикатор «I >».

В качестве электроизмерительных приборов используются мультиметры, которые предназначены для измерения напряжений, токов, сопротивлений. Блок мультиметров расположен на панели 509.2. В нём установлены три серийно выпускаемых мультиметра МУ60. В блоке установлен источник питания мультиметров от сети с выключателем и предохранителем на 2 А. Включение мультиметра в работу производится с помощью красной кнопки на лицевой стороне прибора.

До включения мультиметра для измерения необходимо выполнить:

–выбор измеряемой величины: –V, ~V,–A,~A, ;

–выбор диапазона измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

–правильно присоединить входные гнёзда мультиметра к исследуемой цепи.
^

Индивидуальное задания на выполнение лабораторной работы



В процессе самостоятельной подготовки студенты обязаны:

a) изучить или повторить основные материалы по теме «Трехфазные цепи с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда»». Для этого необходимо использовать конспекты лекций и рекомендованные учебные пособия по разделу трехфазные цепи. При изучении теории необходимо получить ответы на вопросы:

Что представляет собой трехфазная цепь и её составные части (трехфазный источник питания, нагрузка)?

Что означает фаза нагрузки (приемника)?

Как соединяются фазы нагрузки по схеме «звезда»?

Что соединяет нейтральный провод в трехфазной цепи?

Где действуют фазные и линейные напряжения и куда подключить вольтметры для их измерения?

Почему при соединении звездой фазный ток равен линейному току?

Что означает симметричная и несимметричная нагрузка?

Каковы соотношения между действующими значениями фазных и линейных напряжений в этой схеме включения при симметричной нагрузке?

Знать принципы построения векторных диаграмм.

б) подготовить бланк протокола испытаний, форма которого приведена в приложении к лабораторной работе.

^ Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой (блок генераторов напряжений, блок мультиметров, набор миниблоков). Найти панель стенда, где расположен трехфазный источник питания.

2. Исследовать трехфазный источник питания.

Установить на одном из мультиметров режим измерения переменного напряжения ~V, диапазон 20 В. Включить блок генератов напряжений стенда (выключатель «Сеть»). Измерить линейные и фазные напряжения трехфазного источника питания на холостом ходу. Результаты измерений занести в табл. 1.

3. Исследовать симметричную трехфазную цепь.

Установить на двух других мультиметрах режим измерения переменного тока ~I с диапазоном 200 мА.

Соберите цепь с симметричной нагрузкой (Ra = Rb = Rc = 1 кОм) согласно схеме в приложении. Предъявить схему для проверки преподавателю.

3.1. Включить электропитание блока генераторов напряжений (выключатель «Сеть»). Измерить токи, фазные напряжения при подключенном нейтральном проводе. Измерения токов можно производить одним амперметром, переключая его из одной фазы в другую. Результаты занести в табл. 2.. Выключить источник трехфазного напряжения

3.2. Отключить нейтральный провод. Повторить измерения токов и фазных напряжений при отключенном нейтральном проводе и измерить напряжение между нейтральными точками источника и потребителя. Результаты занести в табл. 2. Выключить источник трехфазного напряжения.

4. Исследовать несимметричную трехфазную цепь.

Для этого в следуемую цепь установить резисторы (Ra = 1 кОм, Rb = 680 Ом, Rc = 330 Ом).

Предъявить схему для проверки преподавателю.

4.1. Измерить токи, фазные напряжения и напряжение между нейтральными точками источника и потребителя при наличии нейтрального провода. Результаты записать в табл. 2. Выключить источник трехфазного напряжения

4.2. Отключить нейтральный провод. Повторить те же измерения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в табл. 2. Выключить источник трехфазного напряжения
^

Правила выполнения и содержание отчёта по лабораторной работе.



1. По результатам измерений вычислить

  • среднее значение линейных напряжений UЛ источника питания;

  • среднее значение фазных напряжений UФ источника питания;

  • отношение UЛ /UФ ;

  • среднее значение тока при симметричной нагрузке.

Результаты записать в табл. 1 и расчетно-графическую часть протокола.

2. Сравнить влияние нейтрального провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузке и записать выводы о назначении нейтрального провода.

3. Для опытов (таблица 2) 2, 3,4 по экспериментальным данным построить векторные диаграммы напряжений и токов, выбрав масштабы по напряжению mV и по току mI.

4. Содержание отчета.

Отчет по работе представляет собой протокол испытаний, который должен содержать:

а) наименование работы и цель работы;

б) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

в) таблицы с результатами эксперимента и расчетов;

г) векторные диаграммы напряжений и токов для указанных в п.3 опытов;

д) вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении нагрузки по схеме звезда.
^

Библиографический список

Основной


1. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника: учеб. пособие для вузов / М.А.Жаворонков, А.В.Кузин. – М.: Академия, 2005. – 400с.

2. Касаткин А.С. Электротехника: учебник для электрических специальностей вузов/ А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – 9-е изд., стер. М.: Академия, 2005. – 544с.

Дополнительный


  1. Электротехника. /Под ред. В.Г. Герасимова – М.: Высшая школа, 1985. – С.121-131.

  2. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – С. 123-138.

  3. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – С. 124-143.

Протокол испытаний

к лабораторной работе №7. “Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда”.

Цель работы:



Таблица.1

Измерено на клеммах источника питания

Вычислено

Линейные напряжения

Фазные напряжения

UАВ, В

UВС, В

UСА, В

UА, В

UВ, В

UС, В

UЛ, В

UФ, В

UЛ / UФ




























Таблица 2

№ опыта

Режим работы цепи

Токи, мА

Напряжения, В

Ia

Ib

Ic

IN

Ua

Ub

Uc

UnN

1

Симметричная нагрузка с нейтральным проводом

























2

Симметричная нагрузка без нейтрального провода

























3

Несимметричная нагрузка с нейтральным проводом

























4

Несимметрична

нагрузка без нейтрального провода



























Расчетно-графическая часть

Среднее значение тока при симметричной нагрузке Iф=
Векторные диаграммы (mV=______B/Cm; mI=______A/Cm)


Краткие выводы по работе :

Группа____________Студент_____________ Дата________ Преподаватель________________________

Похожие:

Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconИсследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой,...
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме "треугольник"
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconЛабораторная работа №8 исследование трехфазной электрической цепи...
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме " треугольник"
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconИсследование трехфазной электрической цепи
Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной "звездой"
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconКалендарно-тематический план проведения занятий
Основные понятия о трёхфазных цепях. Расчёт симметричной трёхфазной цепи, соединённой звездой. Расчёт симметричной трёхфазной цепи,...
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconКалендарно-тематический план проведения занятий
Основные понятия о трёхфазных цепях. Расчёт симметричной трёхфазной цепи, соединённой звездой. Расчёт симметричной трёхфазной цепи,...
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconВопросы к экзамену по курсу тоэ для студентов специальности "Мехатроника"
Аварийные режимы работы трёхфазной цепи, соединённой звездой без нулевого провода
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconВопросы к экзамену по курсу "Электротехника" для студентов специальности "Мехатроника"
Аварийные режимы работы трёхфазной цепи, соединённой звездой без нулевого провода
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconРабочая программа -2012 г по курсу «Электротехника, электроника и схемотехника»
...
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconВопросы к экзамену по курсу "Теоретические основы электротехники"...
Аварийные режимы работы трёхфазной цепи, соединённой звездой без нулевого провода
Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “звезда” iconИсследование линейной неразветвленной электрической цепи с синусоидалыного тока цель работы
Установить связь между током, напряжениями на элементах цепи и емкостью конденсатора
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница