электротехника 7 лаба

Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: Исследовать трехфазную систему при соединении приемников звездой: опытное определение соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами при различных нагрузках отдельных фаз; представление результатов эксперимента в виде векторных диаграмм напряжений и токов.

К работе допущен:_______

Работу выполнил:_______

Работу защитил:_________

Теоретическое введение

Трехфазная цепь состоит из трех источников напряжения, одинаковых по амплитуде и частоте, но сдвинутых друг относительно друга по фазе на 120°. Такие источники называются фазами.

При соединении приемников трехфазной системы звездой к началам фаз приемников подводятся линейные провода, а концы фаз приемников соединяются в общую точку, называемую нулевой или нейтральной. Таким образом получается трехфазная трехпроводная система (рис. 1,а).

В трехфазных системах различают линейные напряжения между любой парой линейных проводов (,,) и фазные напряжения (,,) на фазе приёмника. При соединении звездой каждое фазное напряжение будет равно напряжению между одним из линейных проводов и нулевой точкой (,,). Соотношения между линейными

(UAB,UBC,UCA) и фазными (,,) напряжениями будут равны:

Легко показать, что в частном случае симметричной^равномерной) системы, линейные и фазные напряжения связаны равенством

Различают также линейные токи в линейных проводах и фазные токи в фазах приемника. При соединении приемников звездой никаких разветвлений на входе линейных проводов в фазы приемника нет, так что в этом случае для каждой линии и для фазы, к которой эта линия присоединена

Рис. 1. Трехфазная система с соединением приемников звездой: нейтральный провод показан тонкой линией а — схема: б — векторная диаграмма при симметричной нагрузке; в — векторная диаграмма при несимметричной нагрузке

Для симметричной системы, когда активные и реактивные сопротивления всех фаз приемника одинаковы и токи во все: фазах будут одинаковы и сдвинуты относительно напряжении фаз на одинаковый угол ф. Тогда при симметричной системе напряжений получится так же симметричная система токов (рис. 1,6). Из векторной диаграммы видно что геометрическая сумма фазных токов, сходящихся в н>левой точке, полу чается равной нулю, что и должно быть по первому закону Кирхгофа

Если же равномерность нагрузки нарушится, то трехпроводная трех* фазная система уже будет несимметричной, так как сумма трех неравных по величине токов перестает быть равной нулю. Нулевая точка на векторной диаграмме при неравномерной нагрузке фаз сместится в такое положение, 3 при котором геометрическая сумма трех фазных токов станет равной нулю (рис. 1,в). При этом фазные напряжения перестанут быть одинаковыми и равными . На перегруженной фазе напряжение понизится, а на фазах с меньшей нагрузкой, наоборот, повысится. Величина смещения нулевой точки из нейтрального положения U00 называется смешением нейтрали.

Величину смещения нейтрали можно определить аналитически по методу узлового напряжения, рассматривая всю систему как сложную цепь с двумя узлами: нулевой точкой источника энергии и нулевой точкой приемника. Пользуясь принятым для аналитического расчета цепей переменного тока символическим методом, узловое напряжение, которое представляет величину смещения нейтрали, можно выразить формулой:

где ,, — комплексы фазных напряжений; ,,, — комплексы.

полных проводимостей отдельных фаз и нейтрально» о провода соответственно.

Чтобы восстановить равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз, в систему добавляют четвертый (нулевой) — провод, соединяющий нулевую точку приемников с нулевой точкой источника энергии, и получают таким образом трехфазную четырехпровод ну к> систему (рисЛ,я) на схеме этот провод показан тонкой линией. Благодаря введению нулевого провода потенциал нулевой точки приемника становится равным потенциалу нулевой точки источника энергии (если пренебречь сопротивлением нулевого провода) смещение нейтрали при любой неравномерной нагрузке будет равно нулю, а фазные напряжения будут постоянными и равными номинальным значениям. Узловое уравнение для нулевой точки, в которой теперь сходятся четыре провода, принимает вид

где — ток в нейтральном проводе.

Различают аварийные режимы в трёхфазной цепи обрыв или короткое замыкание в фазах, обрыв нейтрального провода в несимметричной системе. При обрыве одной из фаз (разрыв внутри приемника или обрыв шнек- ного провода) в трехпроводной системе, например фазы А две другие фазы оказываются включенными последовательно на линейное напряжение.

При одинаковом сопротивлении этих фаз на каждую из них вместе фазного напряжения придется половина линейного напряжения, что сое га ляет 0,87 от напряжения при нормальном режиме Нулевая точка при сместится из центра треугольника линейных напряжений на сере из сторон, и смещение нейтрали составит U00=0,5UФ (рис.2,а)

В четырехпроводной системе обрыв одной из фаз не нарушит нормальную работу двух других фаз (рис. 2,б).

При коротком замыкании одной из фаз трехпроводной системы, на пример фазы В, на нулевую точку переходил потенциал той линии, которая подходит к поврежденной фазе. Напряжение на двух других фазах станет равным линейному, что в 7,73 раза больше напряжения при нормальном режиме.

Рис.2. Векторная диаграмма трехфазной системы при соединении приемниковзвездой и обрыве одной из фаз: а~ в трехпроводной системе;б — в четырехпроводной системе

Смещение нейтрали будет равно U00=UФ, а по линейному проводу, который подходит к поврежденной фазе, придет ток, равный величине и обратный по направлению геометрической сумме токов двух других фаз (рис.З).

Рис.З. Векторная диаграмма (1Л) трехфазной трехпроводной системы при соединении приемников звездой и коротком замыкании одной из фаз При четырехпроводной системе (включенном нулевом проводе) опыт короткого замыкания недопустим, так как он приводит к отключению соответствующей фазы источника энергии.

Поскольку активная мощность любой электрической цепи равна сумме активных мощностей всех ее участков, активная мощность трехфазной системы определяется суммой активных мощностей фаз:

При симметричной нагрузке выражение приобретает вид:

-220В

Рис. 4. Схема исследуемой цепи: К-50 исследовательный комплекс

Таблица 1

Нагрузка

Измерено

Точки, А

Напряжения, В

Равномерная

Разомкнута

фаза

Разомкнута

линия

Неравномер-

ная

Таблица 2

Нагрузка

Измерено

Вычислено

Мощность, Вт

Мощность, Вт

Сопротивления, Ом

Фаза, град

Равномерная

Разомкнута

фаза

Разомкнута

линия

Неравномер-

ная

Расчёты

Вывод