Файл: Методические указания по их выполнению по разделам цепей постоянных, синусоидальных и трехфазных токов.doc

U_Л = U_ф (6.6)
Фазный ток I_ф зависит от величины разного напряжения U_ф на зажимах приемника и его полного сопротивления Z_ф , его находят по формуле
I_ф = U_ф/ Z_ф (6.7)
При симметричной трехфазной системе э.д.с., наводимой в обмотках генератора, и симметричной нагрузке фазные напряжения U_A , U_В , U_C одинаковы, фазные токи I_{A ,} I_{B ,} I_Cравнымежду собой и сдвинуты по отношению к своим напряжениям на одинаковые углы
j = arctg(x_ф/r_ф) , (6.8)
где x_ф- реактивное сопротивление фазы нагрузки,

r_ф - ее 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. 6-2.



Рис.6-2. Векторная диаграмма напряжений и токов при

симметричной нагрузке
Если комплексные сопротивления фаз разные
Z_a¹ Z_b¹ Z_c , (6.9)
то нагрузка называется несимметричной, но она равномерная, если соблюдается равенство (6.3) и однородная, если соблюдается равенство (6.4).

При несимметричной нагрузке фаз, нарушается симметрия фазных токов I_{A ,} I_{B ,} I_Cи в нейтральном проводе возникает ток.
I_N= I_A+I_B+I_C. (6.10)
Векторная диаграмма фазных токов также несимметрична (рис.6-3,a).Однако, при наличии нейтрального провода, симметрия фазных напряжений нагрузки сохраняется. Векторная диаграмма остается такой же, как и при симметричной нагрузке (рис. 6-2).

а) б)
Рис. 6-3. Векторная диаграмма напряжений и токов при несимметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом;

б) без нейтрального провода

---

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 отличающимся от номинального значения фазного напряжения. Недопустимость такого режима вынуждает обращать внимание на целость нейтрального провода и не допускать применения в нем злектрических аппаратов, которые могут вызвать его отклонение от нейтральной точки приемников. Соотношение (6.6) нарушается. Токи и напряжения на фазах будут несимметричны (рис.6-3, б).

Симметричность линейных напряжений не нарушается (рис.6-3,б) так как отключение нейтрального провода, так же как и изменение нагрузки, не влияет на потенциалы точек А, В, С.

При обрыве линейного провода (например С) приемники данной фазы остаются без энергии, а приемники двух других фаз (A и В) продолжают получать питание от неповрежденных проводов трехфазной системы. При наличии нейтрального провода для приемников, присоединенных к неповрежденным линейным проводам (Аи В), обрыв чужого линейного провода (С) практически не ощущается, т.е. напряжения U_A и U_B остаются неизменными , а ток в нейтральном проводе определится геометрической суммой токов двух фаз (рис.6-4)
I_N = I_A +I_B (6.11)



Рис. 6-4. Векторная диаграмма токов и напряжений при обрыве фазы С
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, для чего сначала вычерчивают треугольник ли-нейных напряжений

---

U_АВ , U_ВС , U_СА затем из соответствующих его вершин радиусами, равными фазным напряжениям U_A , U_В , U_C описывают дуги, пересечение которых определяют точку, являющуюся началом векторов фазных напряжений. Для построения векторной диаграммы токов нужно под углами j_а , j_b , j_c к векторам фазных напряжений U_A , U_В , U_C провести векторы фазных токов I_{A ,} I_{B ,} I_C.

Активная мощность всех приемников, соединенных звездой, определяется как сумма активных мощностей отдельных ее фаз.
P =P_ФА+Р_ФВ+Р_ФС =U_AI_Acosj_A+U_BI_Bcosj_B+U_CI_Ccos j_C (6.12)
где cos j_A = cos j_B = cos j_C = cos j =1, при чисто активной нагрузке.

При симметричном режиме трехфазной системы активная мощность может быть найдена из выражения:
P=3U_ФI_Фcosj(6.13)

При отсутствии нейтрального провода активная мощность трехфазной системы может быть выражена так:
Р =Р_АС+Р_ВС=U_ACI_Acos(U_AC^I_A)+U_BCI_Bcos(U_BC^I_B) (6.14)
и измерена двумя однофазными ваттметрами (рис.6-5) , из которых ваттметр W_AC показывает первое слагаемое формулы (6.l4), а ваттметр W_BC - второе. Алгебраическая сумма показаний этих ваттметров дает активную мощность всех приемников, присоединенных к трехфазной сети.


Рис. 6-5. Схема измерения активной мощности в трехфазной сети двумя однофазными ваттметрами

---

Перечень оборудования

1. Источник трехфазного тока U_Л = 220 В, U_Ф = 127 В.

2. Блок с ламповые 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. 6-7). 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 X , Y , Z соединить между собой (нейтральными точками) и через амперметр А_N 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 К 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).



Рис.6-6. Схема исследования трехфазной цепи при соединении нагрузки, в "звезду"
Во всех режимах измерять линейные и фазные напряжения. Показания измерительных приборов внести в табл. 6-1.

---

Таблица 6-1

№ опы- та

Напряжение, В

Ток,А

IN из векторной диаграммы

Режимы работы

линейное

фазное

UAB

UBC

UCA

UA

UB

UC

IA

IB

IC

I

1

Cимметричная нагрузка с нейтральным проводом

2

Симметричная нагрузка без нейтрального провода

3

Несимметричная нагрузка с нейтральным проводом

4

Несимметричная нагрузка без нейтрального провода

5

Обрыв фазы А несимметричной цепи с нейтральным проводом

6

Обрыв фазы А несимметричной цепи без нейтрального провода

---