Лабораторные работы по электротехнике

Математика
Примеры решения задач
Матрицы и определители
Действия над матрицами
Нахождение обратной матрицы
Прямая на плоскости
Аналитическая геометрия
Системы линейных алгебраических уравнений
Векторная алгебра
Начала анализа
Дифференциальное и интегральное исчисление
Кратные и криволинейные интегралы
Обыкновенные дифференциальные уравнения
Ряды
Теория поля
Элементы теории функций комплексного переменного
Найти координаты вектора
Кривые второго порядка

Исследование функций и построение графиков

Найти область определения функции
Основные элементарные функции
Функции трех переменных
Теория вероятности
Последовательность нанесения размеров
Изображение прямых, плоскостей и многогранников
Примеры построения многогранных поверхностей
Позиционные задачи на взаимопринадлежность
Пересечение прямой с координатными осями
Вращение прямой
Вращение плоскости
Проецирование прямой линии в точку

Решение метрических задач

Методичка по химии
Электронное строение атома
Химическая связь
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики и термохимии
Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева
Химическая кинетика и химическое равновесие
Электролитическая диссоциация
Растворы
Коллоидные растворы
Растворы неэлектролитов
Окислительно-восстановительные реакции
Электрохимические процессы в гетерогенных системах
Коррозия металлов
Электролиз
Задачи по сопромату
Проверить прочность стального стержня
Расчеты на растяжение и сжатие
Геометрические характеристики плоских сечений
Определить осевые моменты инерции прямоугольника
Осевые моменты инерции плоских составных сечений
Дополнительные задачи на сдвиг
Расчет напряжений и деформаций валов
Построить эпюры крутящих моментов
Эпюры главных напряжений при изгибе
Расчет балок на жесткость
Определение перемещений при помощи интеграла Мора
Сварная балка
Совместное действие изгиба и кручения
Расчет толстостенных труб
Практические расчеты стержней на устойчивость
Упругий удар
Неупругое деформирование
Предельная нагрузка для балок
Лабораторный практикум
Лабораторные работы
Опытная проверка теории косого изгиба

Испытание стальной трубы на изгиб с кручением

Строительная механика
Учет подвижной статической нагрузки
Расчет шпренгельных ферм
Интеграл Мора
Бесшарнирная арк
Неразрезная балка
 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Исследование электрического состояния трехфазной цепи с однофазными приемниками, соединенными звездой.

Цель работы. Научиться включать потребитель в звезду в цепи трехфазного тока. Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников на ток в нейтральном проводе и на напряжение между зажимами приемников. Приобрести практические навыки, по изме­рению мощностей в трехфазных цепях.

Основные теоретические сведения

Для соединения потребителей звездой три конца фаз объединя­ются в одну общую точку, называемую нейтральной точкой звезды (точка n на рис. 5-1), а к началам фаз присоединяются линейные провода (Аа, Вв, Сс). Нейтральная точка соединяется с нейтраль­ной точкой генератора четвертым проводом, который называется нейтральным (Nn на рис. 5-1).

Напряжения между линейными проводами называются линейными

(рис 5-1), а напряжения между линейными проводами и нейтральным проводом - фазными напряжениями. Эти напряжения связаны между собой векторными уравнениями:

(5.1)

Токи , протекающие в линейных проводах, называются линейными , а токи в фазах приемников - фазными. При соединении приемников звездой линейные токи одновременно являются и фазными:

= (5.2)

Если полные сопротивления , , отдельных приемников равны между собой

=== (5.3)

и углы сдвига фаз между фазными напряжениями и соответствующими им фазными токами одинаковые

(5.4)

то такую нагрузку называют симметричной. При симметричной нагруз­ке ток в нейтральном проводе равен нулю

, (5.5)

что позволяет трехфазную линию выполнить трехфазной, а линейные и фазные напряжения связаны соотношением

(5.6)

Фазный ток зависит от величины фазного напряжения на зажимах приемника и его полного сопротивления Zф, его находят по формуле

(5.7)

При симметричной трехфазной системе э.д.с., наводимой в обмотках генератора, и симметричной нагрузке фазные напряжения одинаковы, фазные токи равны между собой и сдвинуты по от­ношению к своим напряжениям на одинаковые углы

, (5.8)

где хФ - реактивное сопротивление фазы нагрузки;

rф - её активное сопротивление.


Режим трехфазной цепи, при котором трехфазные системы напря­жений и токов симметричны, называют симметричным режимом и ото­бражают векторной диаграммой напряжений и токов, представленной на рис 5.2.

Если комплексные сопротивления фаз разные

, (5.9)

то нагрузка называется несимметричной, но она равномерная, если соблюдается равенство (5.3) и однородная, если соблюдается равенство (5.4).

При несимметричной нагрузке фаз нарушается симметрия фазных токов и в нейтральном проводе возникает ток.

(5.10)

Векторная диаграмма фазных токов также несимметрична (рис. 5-3,а). Однако, при наличии нейтрального провода, симметрия фазных напряжений нагрузки сохраняется. Векторная диаграмма остается такой же, как и при симметричной нагрузке (рис. 5.2).

При обрыве нейтрального провода нормальный режим работы трехфазной установки нарушается: фазные токи изменяются и устанавли­ваются такими, чтобы сумма их стала равной нулю. Это приводит к искажению симметрии фазных напряжений ("перекос напряжений"), в результате чего приемники окажутся под напряжениями, отличающимися от номинального значения фазного напряжения. Недопустимость такого режима вынуждает обращать внимание на целость нейтрального про­вода и не допускать применения в нем электрических аппаратов, ко­торые могут вызвать его отклонение от нейтральной точки приемни­ков. Соотношение (5.6) нарушается. Токи и напряжения на фазах бу­дут несимметричны (рис. 5-3,б).

Симметричность линейных напряжений не нарушается (рис. 5-3,б) так как отключение нейтрального провода, так же как и изменение нагрузки, не влияет на потенциалы точек А, В, С.

При обрыве линейного проводе (например С) приемники данной фазы остаются без энергии, а приемники двух других фаз (А и В) продолжают получать питание от неповрежденных проводов трехфаз­ной системы. При наличии нейтрального провода для приемников, присоединенных к неповрежденным линейным проводам (А и В), об­рыв чужого линейного провода (С) практически не ощущается, т.е. напряжения UА и UВ остаются неизменными, а ток в нейтральном проводе определится - геометрической суммой токов двух фаз (рис.5-5)

(5.11)

При отсутствии нейтрального провода, фазные напряжения на зажимах обоих последовательно соединенных приемников пропорциональны величинам их полных сопротивлений, а при преобладании в одной фазе индуктивной, а в другой емкостной нагрузки может возникнуть резонанс напряжений, сопровождающийся установлением по­вышенных напряжений на зажимах приемников и резким увеличением тока.

Векторную диаграмму напряжений трехфазных цепей строят цир­кулем по опытным данным методом засечек (рис. 5.6), для чего сначала вычерчивают, треугольник линейных напряжений UAB, UBC, UCA затем из соответствующих его вершин радиусами, равными фазным напряжениям UA, UB, UC описывают дуги, пересечением которых определяют точку, являющуюся началом векторов фазных напряжений. Для построения векторной диаграммы токов нужно под углами к векторам фазных напряжений UA, UB, UC провести векторы фазных токов .

Активная мощность всех приемников, соединенных звездой, определяется как сумма активных мощностей отдельных ее фаз.

(5.12)

где

при чисто активной нагрузке.

При симметричном режиме трехфазной системы активная мощность может быть найдена из выражения:

(5.13)

При отсутствии нейтрального провода активная мощность трехфазной системы может быть выражена так:

(5.14)

и измерена двумя однофазными ваттметрами (рис.5-6), из которых ваттметр WAC показывает первое слагаемое формулы (5.14), а ватт­метр WBC - второе. Алгебраическая сумма показаний этих ваттмет­ров дает активную мощность всех приемников, присоединенных к трехфазной сети.

Перечень оборудования

1. Источник трехфазного тока UЛ=220 В, UФ=127 В.

2. Блок с ламповыми реостатами.

3. Катушка индуктивности.

4. Батарея конденсаторов.

5. Амперметры - 4 шт. с пределом измерений 2А.

6. Вольтметр с пределом измерений 250 В.

Содержание работы

Исследовать процессы в трехфазной цепи соединенной звездой при симметричной и несимметричной нагрузках, с нейтральным и без нейтрального провода. Измерить активную мощность трехфазной цепи по методу двух ваттметров. По результатам измерений построить векторные диаграммы.

Порядок выполнения работы

Исследование трехфазной цепи с чисто активной нагрузкой.

1. Собрать схему исследования трехфазной цепи, соединенной в звезду (рис. 5-7). В качестве нагрузки в схеме используются ламповые реостаты (чисто активный потребитель). Для измерения напряжения использовать один из вольтметров, имеющихся на стенде, к клеммам которого необходимо присоединить два провода с на­конечниками.

Собрать сначала последовательную часть каждой фазы, затем соединить однофазные приемники «звездой». Для этого на стенде на­чала фаз а, в, с, соединить с клеммами А, В, С, а концы фаз Х,У,Z соединить между собой (нейтральная точка) и через амперметр АN с клеммой N.

2. Исследовать следующие режимы:

2.1) нагрузка с нейтральным проводом (все тумблеры включить, ключ В1 – замкнуть);

2.2.) симметричная нагрузка без нейтрального провода (ключ В1 разомкнуть);

2.3) несимметричная нагрузка с нейтральным проводом. Ключ В1 замкнуть. Изменить нагрузку в фазах, выключая лампы с по­мощью тумблеров;

2.4) несимметричная нагрузка без нейтрального провода (ключ В1 разомкнуть);

2.5)обрыв фазы А. Цепь с нейтральным проводом (ключ В1 замкнуть, выключить все лампы тумблерами в фазе А);

2.6) обрыв фазы А. Цепь без нейтрального провода (ключ В1 разомкнут).

Во всех режимах измерять линейные и фазные напряжения, по­казания измерительных приборов внести в таблицу 5-1.

Таблица 5.1

№ опы-та

Напряжение, В

Ток, А

IN из векторной диаграммы

Режим работы

линейное

фазное

UAB

UBC

UCA

UA

UB

UC

IA

IB

IC

IN

1

Симметричная нагрузка с нейтральным проводом

2

Симметричная нагрузка без линейного провода

3

Несимметричная нагрузка с нейтральным проводом

4

Несимметричная нагрузка без линейного провода

5

Обрыв фазы А несимметричной цепи с нейтральным проводом

6

Обрыв фазы А несимметричной цепи без нейтрального провода

3. По данным таблицы 5-1 построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех режимов. Определить величину IN из векторной диаграммы.

4. Измерение мощности трехфазной цепи.

4.1. Собрать схему для исследования (рис. 5-8) трехфазной цепи с чисто активной нагрузкой без нейтрального провода. Линей­ные и фазные напряжения измеряется одним вольтметром.

4.2. Установить симметричную нагрузку (включить все тум­блеры).

4.3. Установить несимметричную нагрузку. Изменить нагрузку в фазах, выключая лампы с помощью тумблеров.

5. Показания приборов занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2

№ опы-та

Данные измерений

Данные вычислений

Режим работы

Фазное напряжение, В

Ток, А

Показания ваттметров, Вт

Фазная мощность, Вт

Мощность всей цепи, Вт

UA

UB

UC

IA

IB

IC

PW1

PW2

PA

PB

PC

ΣPФ

ΣPW

Симметричная нагрузка без нейтрального провода

Несимметричная нагрузка без нейтрального провода


6. По таблице 5.2 определить активную мощность трехфазной цепи по показаниям ваттметров

7. По показаниям вольтметров и амперметров найти активные мощности каждой фазы по формулам:

PA=UAIA, PB=UBIB, PC=UCIC

и всей цепи по формуле

Неоднородная нагрузка


8. Собрать схему исследования трехфазной цепи с неоднород­ной нагрузкой (рис. 5.9)

В качестве нагрузки используются: ламповый реостат, бата­рея конденсаторов 10 мкФ и катушка индуктивности L, которые вклю­чены в разные фазы. Линейные и фазные напряжения измеряются од­ним вольтметром.

9. Исследовать следующие режимы работы:

9.1. Равномерная нагрузка с нейтральным проводом. Ключ В1 замкнут. Тумблеры включены. Регулируя сопротивления фаз, устанавливанием по амперметрам одинаковые токи в фазах. Сопротивление фазы А регулируется количеством включаемых лампо­чек, сопротивление фазы В - изменением емкости батареи конденса­торов, сопротивление фазы С регулируется изменением индуктив­ности катушки.

9.2. Равномерная нагрузка без нейтрального провода (ключ В1 разомкнуть).

9.3. Неравномерная нагрузка с нейтральным проводом. Ключ В1 замкнуть. Изменяя сопротивления фаз, устанавливаем в фа­зах неодинаковые токи, фиксируемые амперметрами.

9.4. Неравномерная нагрузка без нейтрального провода (ключ В1 разомкнуть).

10. Показания приборов занести в таблицу 5.3.

Таблица 5.3

№ опы-та

Линейное напряжение, В

Фазное напряжение, В

Ток, А

Показа-ние ваттмет-ра, Вт

Град.

Характер нагрузки

UAB

UBC

UCA

UA

UB

UC

IA

IB

IC

PW

cosφ

φ

Равномерная нагрузка с нейтральным проводом

Равномерная нагрузка без нейтрального провода

Неравномерная нагрузка с нейтральным проводом

Неравномерная нагрузка без нейтрального провода

11. По данным таблицы 5.3 построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех режимов.

Считать, что в фазе с конденсатором ток опережает напряже­ние на 90°.

В фазе, с катушкой для определения угла сдвига фаз между то­ком и напряжением следует включить ваттметр.

Угол сдвига фаз определяется следующим образом:

, где PФ=PW, UФ=UC, IФ=IC

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Схемы исследований.

4. Таблицы приборов и оборудования.

5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

6. Расчетные формулы.

7. Векторные диаграммы в масштабе для всех режимов.

8. Выводы об особенностях каждого режима.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие и преимущества трехпроводных и четырехпроводных цепей.

2. Какова роль нейтрального провода? Почему в него нельзя включать предохранители?

3. Почему при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен?

4. Каковы зависимости между линейными и фазными токами и напряжениями при симметричной и несимметричной нагрузке при соединении приемников "звездой" и "треугольником"?

5. К чему приводит обрыв линейного провода в трёхфазной установке?

6. Как построить потенциальную диаграмму напряжений по опытным данным?

7. Почему измерение активной, мощности в трехфазной цепи двумя однофазными ваттметрами допустимо только при отсутствии нейтрального провода?

Литература

1. Электротехника/Под ред. В. С. Пантюшина. - М.: Высшая школа, 1976, гл. 7., С. 155-156, С. 158-160..

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. -М.: Энергоатомиздат, 1983, гл.З., С.109-112.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Высшая школа,1984,§§ 6.1-6.14.

Трехфазные цепи синусоидального тока