Основные теоретические положения

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В современной электроэнергетике наибольшее распространение получили трехфазные цепи, которые были разработаны в конце XIX века выдающимся русским электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским.

Источником электрической энергии в трехфазных цепях является синхронный генератор, у которого три обмотки A, B, C (фазы) сдвинуты одна по отношению к другой на угол 120⁰. От такого генератора могут отходить четыре провода – три линейных A, B, C и один нейтральный N. К этим проводам присоединяются потребители (приемники), которые могут быть как однофазными (лампы накаливания, бытовые электроприборы, ручной электроинструмент и т.д.), так и трехфазными (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.д.).

Отдельные фазы трехфазных потребителей или однофазные потребители при подключении в трехфазную цепь могут соединяться между собой по способу "звезда". Для соединения звездой, например, трех однофазных потребителей необходимо их концы X, Y, Z объединить электрически в одну общую (нейтральную) точку N. К полученной нейтральной точке присоединяется нейтральный провод N- N., а к началам потребителей A, B, C – соответственно линейные провода A-А, B-В, C-С от генератора (рис.1, а).

Рисунок 1

Для соединения звезда характерно, что токи в линейных проводах I_Л являются одновременно и фазными токами I_Ф подключенных к этим проводам потребителей:

(1)

При установлении соотношения по 1-му закону Кирхгофа между фазными токами потребителей I_А, I_В, I_С током в нейтральном проводе I_N принято, что фазные токи всегда условно направлены к нейтральной точке соединения N, а ток в нейтральном проводе - от этой точки (рис.1, б):

. (2)

Напряжение между началом я концом каждого потребителя, или между линейным и нейтральным проводом называется фазным напряжением (U_Ф) и обозначается соответственно: U_A, U_B, U_C. Напряжение между началами двух потребителей или между двумя линейными проводами называется линейным напряжением (U_Л) и обозначается соответственно U_AB, U_BC, U_CA.

В общем случае фазные и линейные напряжения связаны между собой согласно 2-му закону Кирхгофа:

; ; . (3)

Каждый из однофазных потребителей в трехфазной цепи характеризуется величинами полного сопротивления Z_A, Z_B, Z_C и коэффициентами мощности cos φ_A, cos φ_В, cos φ_С. При численном равенстве полных сопротивлений фазных нагрузок и равенстве их коэффициентов мощности имеет место симметричная нагрузка фаз. Нарушение хотя бы одного из отмеченных равенств создает несимметричную нагрузку.

Для потребителя каждой фазы справедливы, в общем случае, следующие зависимости:

, , . (4)

В случае симметричной активной нагрузки фазные токи I_А, I_В, I_С равны друг другу по величине и на векторной диаграмме совпадают по направлению с соответствующими фазными напряжениями U_AB, U_BC, U_CA(рис. 2, а): Тока в нейтральной проводе I_N в этом случае не будет, что может быть подтверждено графическим решением векторного уравнения (2).

Рис. 2. Векторные диаграммы токов и напряжений: при симметричной (а) и несимметричной (б) активной нагрузке фаз

При несимметричной нагрузке фаз нарушается равенство фазных токов I_А, I_В, I_С и появляется ток I_N, в нейтральном проводе (рис. 2 б).

Следует отметить, что при симметричной и несимметричной активной нагрузке фаз (рис. 2 а, б) наличие целого нейтрального провода обеспечивало постоянство фазных и линейных напряжений. Причем между этими напряжениями существует следующая зависимость:

, (5)

которая легко может быть установлена из векторных диаграмм.

При несимметричной активной нагрузке и обрыве нейтрального
провода фазные токи изменяются таким образом, чтобы их векторная сумма (2) стала разной нулю. Это приводит к смещению потенциала нейтральной точки и к нарушению равенстве между фазными напряжениями - фаза с большим сопротивлением оказывается под повышенным напряжением, что может привести к аварийной ситуации. Векторную диаграмму в этом случае строят по опытным данным методом засечек (рис. 3 а). Сначала вычерчивают треугольник линейных напряжений U_AB, U_BC, U_CA, которые сохранили свое равенство. Затем из соответствующих вершин треугольника радиусами, равными измеренным фазным
напряжениям U_A, U_C, U_C, описывают дуги, пересечение которых определяет положение нейтральной точки.

Рис. 3. Векторные диаграммы токов и напряжений при несимметричной активной нагрузке фаз и обрыве нейтрального (а) и линейного (б) проводов

Обрыв, например, одного "из линейных проводов А-А" или перегорание предохранителя не нем (рис. 1) при целом нейтральном проводе приводит к отключению питания потребителей только фазы А. Режим работы двух других фаз не изменяется. Однако ток в нейтральном проводе I_N несколько увеличится и станет равным векторной сумме только двух фазных токов I_В и I_С(рис. 3 б). Обрыв в рассматриваемом случае еще и нейтрального провода может резко сказаться на работе включенных потребителей, так как произойдет перераспределение напряжений потребителей пропорционально величинам их сопротивлений.

При коротком замыкании в одной из фаз происходит плавление предохранителя в линейном проводе этой фазы (рис.1) и трехфазная цепь автоматически переходит в рассмотренный выше режим работы с обрывом линейного провода и целым нейтральным (рис.3 б).

Исходя из вышесказанного, всегда стремятся поддерживать целостность нейтрального провода, в него никогда не ставят предохранители или выключатели.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему (рис.4)

2. Замкнуть рубильники Р₁ и P₂ и после проверки преподавателем правильности соединений в схеме включить питание.

3. Изменяя выключателями число параллельно включенных резисторов в каждом фазной приемнике добиться симметричной активной нагрузки фаз, при которой амперметры фазных токов дают одинаковые показания. Амперметр, включенный в нулевой провод, должен показать отсутствие тока. Вольтметром со щупами измерить последовательно линейные U_AB, U_BC, U_CA и фазные U_A, U_B, U_Cнапряжения. Показания всех приборов записать в таблицу.

4. Создать несимметричную активную нагрузку по фазам, измерить фазные и линейные токи и напряжения. Обратить внимание на показания амперметра в нулевом проводе. Показания записать в таблицу.

5. Создать обрыв линейного провода фазы А при установленной несимметричной нагрузке и включенном нулевом проводе путем размыкания рубильника Р₁ и вновь провести те же наблюдения.

6. Восстановить целостность линейного провода А-А путем включения рубильнике P₁. Оборвать нулевой провод, разомкнув рубильник Р₂. Как и в предыдущем случае, нагрузка останется несимметричной.

Полученные экспериментальные данные необходимо обработать в следующем порядке:

а) найти отношение среднеарифметических значении линейных и фазных напряжений для опыта с симметричной нагрузкой и полученную величину сравнить с теоретическим значением;

б) рассчитать величины активной нагрузки каждой фазы для всех опытов по формуле:

(6)

Результаты занести в таблицу.

Результаты измерений и расчетов

Данные измерений

Результаты вычислений

Ток, мА

Напряжение, В

Нагрузка, Ом

Активная мощность

фазные

линейные

Фазная

Об-щая

I_A

I_B

I_C

I_N

U_A

U_B

U_C

U_AB

U_BC

U_CA

R_A

R_B

R_C

P_A

P_B

P_C

Примечание. Опыт №1 – симметричная активная нагрузка с нулевым проводом; №2 - несимметричная активная нагрузка с ну левым проводом; №3 - несимметричная активная нагрузка при обрыве линейного провода фазы А и наличии нулевого провода; №4 – несимметричная активная нагрузка без нулевого провода.

в) рассчитать активную мощность приемников каждой фазы для всех опытов по формуле:

(7)

и общую активную мощность соединения

(8)

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема стенда

г) построить в масштабе по опытным данным векторные диаграммы напряжения и токов для всех исследованных режимов работы трехфазной системы.

По результатам сделать выводы о соотношении между фазными и линейными величинами; о назначении нулевого провода; о работе соединения "звезда" при всех исследованных режимах.

Контрольные вопросы и задан

1. Как соединить потребители звездой ?

2. Какие напряжения и токи называются

а) фазными; б) линейными?

3. Запишите векторные уравнения, связывающие между собой фазные и линейные напряжения.

4. Каковы соотношения между а) фазными и линейными токами; б) фазными и линейными напряжениями при симметричной нагрузке?

5. Какие функции выполняет нулевой провод ?

6. Как отразится обрыв нулевого провода на работу потребителей при несимметричной нагрузке ?

7. Как изменятся напряжения потребителей при обрыве одного из линейных проводов и отсутствии нулевого провода?

8. Построите векторную диаграмму токов и напряжений при несимметричной активно-индуктивной нагрузке.

9. По каким формулам рассчитываются мощности соединения "звезда" при симметричной и несимметричной нагрузке ?

10. Приведите пример использования симметричной (несимметричной) нагрузки, соединенной звездой в технике.

11. Соберите схему лабораторной установки.

12. Расскажите порядок выполнения лабораторной работы.

Лабораторная работа № 6

Соединение приемника треугольником в трехфазной цепи

Цель работы: l) установить соотношения между фазными и линейными величинами токов и напряжений при различных режимах работы соединения; 2) по опытным данным построить векторные диаграммы токов и напряжений при симметричной и несимметричной нагрузках фаз; З) выяснить влияние обрыва линейного провода и разрыва в фазе на режим работы потребителей.

Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!