Трифазна система фазної напруги навантаження несиметрична. Несиметричне навантаження приймача
При симетричному навантаженні
U a = U в = U з = U А = U В = U З = U ф
Ia = iв = iс = I
Сума миттєвих значень струмів усіх трьох фаз чи геометрична сума векторів цих струмів дорівнюють нулю (рис. 4).
Струм у нульовому дроті при чотирипровідній зірці буде відсутній. Отже, при симетричному навантаженні немає потреби його підключати.
Несиметричне навантаження.
У випадку несиметричного навантаження Z a Z b Z з .
Несиметрія може бути викликана неоднорідністю чи нерівномірністю навантаження.
Несиметричне навантаження, з'єднане «зіркою», зазвичай підключають за чотирипровідною схемою, тобто. з нульовим дротом, оскільки за наявності нульового дроту, що має малий опір, несиметричне навантаження не призводить до значної зміни фазних напруг. З деяким наближенням можна вважати, що фазна напруга залишається такою ж, як і для випадку симетричного навантаження.
U a = U b = U c = U А = U В = U З
.
По нульовому дроту протікає зрівняльний струм I o
Векторна діаграма при несиметричному навантаженні фаз (навантаження активне, несиметрія створена нерівномірністю навантаження) з нульовим дротом представлена на рис. 5.
Відсутність нульового дроту при несиметричному навантаженні порушує нормальний режим роботи установки.
Фазні струми змінюються і встановлюються такими, щоб сума їх дорівнювала нулю. Внаслідок цього відбувається спотворення симетрії фазних напруг: фаза з меншим опором виявляється під зниженою напругою, і з великим опором – під підвищеним, проти нормальним.
Векторна діаграма за відсутності нульового дроту представлена на рис. 6.
Побудова діаграми починається з постійного трикутника лінійних напруг.
Нуль генератора ( N) визначається становищем центру тяжкості трикутника, т.к. фазні напруги генератора симетричні. Нульова точка навантаження ( n) визначається так: з точки Арозчином циркуля, рівним у масштабі величині вимірюваної фазної напруги навантаження U аробиться засічка. Такі ж засічки виконуються з точки Врозчином циркуля U в, з точки З– розчином U з. Точка перетину засічок і є нулем навантаження. Поєднуючи нульову точку з кінцями фаз генератора (т.т. А, В, С), побудуємо фазні напруження навантаження U а , U в , U з. Залежно від характеру навантаження проводять вектори струмів. На рис. 6 представлена векторна діаграма нерівномірного активного навантаження.
Відрізок Nn= U 0 – напруга усунення нейтралей може бути заміряна вольтметром або розрахована за формулою
,
де 
- комплекси діючих значень фазної напруги генератора;
Y a , Y b , Y з- Комплексні провідності фаз навантаження.
При відомому напрузі зміщення нейтралів фазні напруги приймача можуть бути розраховані за формулами:
,
,
.
У лабораторній роботі розглядається наскільки випадків несиметричного навантаження, зокрема обрив та коротке замикання фази приймача.
У разі обриву фази Абез нульового дроту при рівних активних опорах двох інших фаз: 
,
;
;
Векторна графіка представлена на рис. 7.
У разі короткого замикання фази А:
U a = 0, 
,
,
.
Векторна графіка представлена на рис. 8.
Активна потужність трифазного струму при несиметричному навантаженні фаз дорівнює сумі активних потужностей всіх фаз.
Оскільки при симетричному навантаженні фаз та симетричній системі напруг U a
=
U b
=
U з
=
U ф ;
U АВ
=
U НД
=
U СА
=
U Л ;
cosφ a
= cosφ b
= cosφ c
=
cosφ ф, то активна потужністьтрифазного струму дорівнює 
.
Так при з'єднанні «зіркою»
;
, .
Лабораторна робота 8
ТРИФАЗНІ ЛАНЦЮГИ.
З'ЄДНАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ЗІРКОЮ
Мета роботи: вивчити ланцюг трифазного струму при з'єднанні приймача зіркою у симетричному та несиметричному режимах. Визначити роль нейтрального (нульового) дроту.
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ
Трифазною системою змінних струмів називається сукупність трьох однофазних електричних ланцюгів, у яких діють синусоїдальні ЕРС однакової частоти, зрушені за фазою на 1/3 періоду і створювані загальним джерелом електричної енергії. Трифазна система була винайдена та розроблена у всіх деталях талановитим російським інженером-Добровольським у 1891 році.
Джерелом енергії у трифазній системі служить трифазний генератор. У пазах його статора розміщені три електрично ізольовані один від одного обмотки (фазні обмотки або просто фази) генератора. Якщо ротор двополюсний генератора, то осі фазних обмоток генератора повернені в просторі відносно один одного на кут 2p/3. При обертанні ротора фазних обмотках статора індуктуються синусоїдальні фазні ЕРС. Внаслідок симетрії конструкції генератора максимальні Em і Е значення ЕРС у всіх фазах однакові.
З'єднання фаз (обмоток) генератора може здійснюватися за схемою "зірка" або "трикутник". Фази трифазного генератораприйнято позначати першими літерами латинського алфавіту : A, B, C. Чергування фаз генератора суворо визначене і визначається зміною в часі фазних ЕРС, тобто в черговості максимумів ЕРС: спочатку фази А, потім через 1/3Т фази і через 2/ 3Т фази З. Така послідовність чергування називається прямою.
Миттєві значення ЕРС трифазних обмотокгенератора рівні:
eA=Emsinwt eB=Emsin(wt-2/3p) eC=Emsin(wt-4/3p) (1)
На рис.8.1 показані графіки миттєвих значень фазних ЕРС та три вектори відповідних їм діючих значень ЕРС.
Як видно з рис.8.1 сума миттєвих значень ЕРС у будь-який момент часу дорівнює нулю, отже, геометрична сума діючих значень фазних ЕРС генератора також дорівнює нулю:
EA+EB+EC=0
Відповідно до рис.8.1, висловимо комплексні значення ЕРС трифазного генератора через однакове для всіх трьох фаз діюче значення E, тоді
EA=E∙ej0
ЕB=Е е-j2/3p (3)
EC=Е е2/3p
Для отримання трифазної системи необхідно певним чином з'єднати також фази приймача, зазвичай, за схемою "зірка" або "трикутник".
В даний час трифазна системає основним для передачі та розподілу енергії.
Фазні обмотки трифазного генератора можна з'єднати із трьома приймачами за схемою “зірка”. "Зіркою" називається таке з'єднання, при якому кінці фаз з'єднані в одну загальну точку N звану нейтральною або нульовою, а до початків фаз А, B, C підведені лінійні дроти. У «зірку» з'єднують і фази навантаження з нульовою точкою n та початками фаз a, b, c (Рис.8.2).
Провід, що з'єднує точки N-nназивається нейтральним або нульовим. Провід, що з'єднує точки А-а, В-в та С-с, називають лінійними.
Прийнявши опори всіх проводів рівним нулю, можна визначити струми трьох фаз приймача та генератора:
I A= E A/ZA; I B= E B/ZB; I C= E C/ZC. (4)
Струми I A, I B, I C, що протікають по лінійних дротах, називають
лінійними (ІЛ). Струми, що протікають у фазах генератора і фазах навантаження називаються фазними струмами (Iф). Для з'єднання "зіркою" лінійні струмирівні фазним, тобто
IЛ=Iф (5)
Струм у нейтральному дроті за першим законом Кірхгофа дорівнює:
I N= I A+ I B+ I C (6)
Приймачі з однаковим опором усіх трьох фаз Za=Zb=Zcназиваються симетричними. При симетричному приймачі I A= I B= I C і струм у нейтральному дроті IN=0
Напруга між початком і кінцем фази генератора (або фази навантаження) або напруга між лінійним та нульовим дротом називається фазною напругою. Для генератора та лінії електропередач фазні напруги (їх три) позначаються так: UA, UB, UC або Uф. Фазні напруги навантаження позначаються так: Ua, Ub, Uc.
Напруги між двома початками фаз генератора (або двома початками фаз навантаження) або між двома лінійними проводами називаються лінійними та позначаються для генератора та лінії електропередачі: UAB, UBC, UCA, або Uл, для навантаження Uab, Ubc, Uca.
Розглядаючи по черзі контури abn, bcn, can (рис.8.2) за другим законом Кірхгофа лінійна напругарівні:
U AB = U A - U B
U BC = U B - U C (7)
U CA = U C - U A
Користуючись цим співвідношенням, побудуємо векторну діаграму (рис.8.3а) напруги для симетричного навантаження.
З рис.8.3а видно, що "зірка" лінійних напруг випереджає "зірку" фазних напруг на 30 °. Звідси із Dnkb:
UBC/2UB=30° UBC=Ö3*UB, тобто Uл=Ö3*UФ (8)
При наявності нейтрального дротуумова (8) виконується як при симетричному, так і при несиметричному приймачі. На Рис.8.3b наведені векторна діаграма фазних напруг та топографічна діаграма лінійних напруг.
Фазні коефіцієнти потужності рівні:
cos φа = Ra / Za; cos φв=Rb/Zb; cos φс=Rc/Zc (9)
де φа, φв, φс кути зсуву фаз між фазними напругами та фазними струмами.
При симетричному навантаженні:
I a= I b= I c=Iф=UФ/Zф (10)
cos φа= cos φв= cos φс=Rф/Zф
Струм у нейтральному дроті IN=0, тому для підключення трифазних симетричних установок (нагрівальних печей, сушильних установок, електродвигунів та інших симетричних установок) застосовується трипровідний ланцюг. Для освітлювального навантаження наявність нейтрального дроту обов'язково, оскільки майже завжди зберігається несиметрія. У нейтральному дроті в чотирипровідній освітлювальній мережі заборонено встановлення запобіжників або вимикачів, оскільки при відключенні нейтрального дроту фазні напруги можуть стати нерівними. В одних фазах напруга буде більшою за номінальну, в інших – меншою за номінальну. В обох випадках можливий вихід приймача з ладу. У цьому порушується ланцюг захисного занулення.
Векторна діаграма напруги та струмів при симетричному активно-індуктивному навантаженні наведена на рис.8.4
http://pandia.ru/text/78/082/images/image007_97.gif" height="22">.gif" width="229">.gif" height="135">
http://pandia.ru/text/78/082/images/image039_17.gif" width="13" height="18">.gif" width="115" height="191"> Ic Ib
http://pandia.ru/text/78/082/images/image046_12.gif" width="10" height="13"> Ua
Ia Uc = Uca Ub = Uab
http://pandia.ru/text/78/082/images/image050_10.gif" width="116" height="59"> Ic I b
http://pandia.ru/text/78/082/images/image052_10.gif" width="11" height="20"> Uc Ubc Ub
Рис. 8.5 Мал. 8.6
 |
http://pandia.ru/text/78/082/images/image058_10.gif" width="117" height="59"> n
http://pandia.ru/text/78/082/images/image061_9.gif" width="11" height="14"> Ic Ib
http://pandia.ru/text/78/082/images/image068_9.gif" width="228"> Uc n1 Ub Ubc
Активна потужність фази при з'єднанні навантаження "зіркою", наприклад, фази а, дорівнює:
Активна та реактивна потужністьприймачів трифазного ланцюга при несиметричному навантаженні рівні:
http://pandia.ru/text/78/082/images/image070_9.gif" width="83" height="35">
При симетричному навантаженні повна, активна та реактивна потужності приймачів трифазного ланцюга відповідно дорівнюють:
S = Ö3 * UЛ * IЛ; P=Ö3*UЛ *IЛ *cosφФ; Q=Ö3*UЛ *IЛ *sinφФ
Або S = 3SФ = 3UФ * IФ; P=3PФ=3UФ *IФ *cosφФ; Q=Ö3*UЛ *IЛ *sinφФ
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ.
У роботі виміру електричних величинпроводяться за допомогою
приладів безпосередньої оцінки. На стендах встановлені амперметри для включення кожної фази. Для вимірювання струму у нульовому дроті на стендах встановлені окремі прилади. На рис.8.8 наведено принципова схемалабораторної роботи.
До клем A, B, C і N підводиться напруга 36 від трифазного понижуючого трансформатора, з'єднаного за схемою “зірка”/ “зірка” з нульовою точкою з напругою 380/36 B.
Прилади A1..А7 і V вимірюють лінійні та фазні струмита напруги. Як навантаження трифазного ланцюга служать лампи розжарювання з Uном=36, Рном=40 Вт, включаються тумблерами SA1-SA3.
4. Не торкайтеся ламп розжарювання під час та після їх роботи.
5. Не залишайте працюючий стенд без нагляду.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Прилади та приладдя.
Вимкнення стенду здійснюється пакетним вимикачем QS, Рис.8.8.
Призначення приладів:
A4 – амперметр для вимірювання сили струму у нульовому дроті;
A5, А6, A7 – амперметри для виміру сили струму у фазах а, b, c;
V – вольтметр для вимірювання лінійних та фазних напруг ланцюга;
1. Ознайомтеся із лабораторним стендом. Знайдіть вимикач, тумблери додаткових навантажень.
2. Зберіть схему з'єднання навантаження зіркою з нульовим дротом. Монтажні схемидосвіду наведено на стенді. Покажіть зібрану схему для перевірки викладачеві або лаборанту.
3. Запишіть технічні дані застосовуваних приладів. Вимкніть стенд і встановіть симетричне навантаження фаз. Тумблери SA1, SA2, SA3 повинні бути відключені, тумблер SA4 у вихідному стані має бути включений.
За показаннями амперметрів у фазах переконайтеся у рівності струмів у фазах, а також у відсутності струму в нульовому дроті. Виміряйте фазні та лінійні напруги. Дані запишіть у табл. 8.1
Таблиця 8.1
|
навантаження | Виміряно | Обчислено |
||||||||||||
Дослідіть навантаження у чотирипровідному ланцюгу в несиметричних режимах, зробивши такі досліди:
те саме у двох фазах;
обрив однієї із фаз.
Досліджуйте трипровідний ланцюг, тобто без нейтрального дроту. Для цього вимкніть автоматичний вимикач QF4 в ланцюзі нульового дроту і проробіть такі досліди:
збільште (зменшіть) навантаження в одній із фаз (наприклад, “a”);
те саме у двох фазах;
коротке замикання однієї із фаз.
Відповідно до даних табл. 8.1 для всіх дослідів побудуйте векторні діаграми струмів та напруг. Зробіть висновки щодо роботи
за формою, наведеною у лабораторній роботі №10 цього
керівництва.
У роботі проводяться прямі, одноразові виміри, точність яких оцінюється класом точності вимірювального проділу (UФ, UЛ, UNn, IФ, IЛ, IN). Результат виміру виражаємо двома числами, наприклад: I=4.00 ± 0,05 A, де 4.00 А – значення вимірюваної величини, 0,05 А – абсолютна похибка виміру. Оцінку точності мінімальних значень UNn, INn провести за формулою відносної похибки:
d = K(XN/x);
де К - клас точності приладу;
ХN – нормуючі значення вимірюваної величини (верхня межа шкали приладу);
x – значення вимірюваної величини.
Результати вимірів запишіть у табл. 8.2.
Таблиця 8.2.
Виміряні значення в одиницях | |||
Викреслення електричних схемпровадиться відповідно до ГОСТу.
Побудова векторних та топографічних діаграм проводиться у масштабі.
ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПРОВІРКИ.
1. Яка мета роботи та який порядок її виконання?
3. Написати формули зв'язку лінійних струмів і напруг зі своїми фазними значеннями при симетричному навантаженні при з'єднанні "зірку". Як визначаються величини cos φa, cos φb, cos φc, PF, PA, PB, PC, P, Q, S?
4. Розповісти про порядок побудови векторної діаграми напруги та струмів для активного навантаження.
5. Яке призначення нульового дроту? У яких випадках з нульового дроту протікає струм і як він визначається?
6. Зобразити схему з'єднання навантаження “зіркою” та включити прилади для вимірювання фазних та лінійних струмів, струму у нейтральному дроті.
7. Чому в нульовий провідніколи не ставлять запобіжник?
8. Зобразіть векторну діаграму напруги та струмів при збільшенні навантаження однієї з фаз чотирипровідного ланцюга.
9. Зобразіть векторну діаграму напруги та струмів при збільшенні навантаження у двох фазах чотирипровідного ланцюга.
10. Зобразіть векторну діаграму напруги та струмів при обриві одного з лінійних дротів у чотирипровідному ланцюзі.
Література
1. Касаткіна: підручник для вузів / , М.В. Нємцов. М: Видавничий центр «Академія, 20с.
Підготовка до роботи | 1 академ. годину |
Виконання роботи | 1 академ. годину |
Обробка результатів експерименту та оформлення звіту | 1 академ. годину |
Звіт з лабораторної роботи | 1 академ. годину |
Лабораторна робота 9
ТРИФАЗНІ ЛАНЦЮГИ.
З'ЄДНАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ ТРИКУТНИКОМ
Мета роботи: вивчити ланцюг трифазного струму при з'єднанні приймача трикутником у симетричному та несиметричному режимах.
ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ.
З'єднанням фаз у трикутник називається таке з'єднання, при якому початок однієї фази з'єднують з кінцем другої фази, початок другої фази з'єднують з кінцем третьої фази, початок третьої фази з'єднують з кінцем першої фази. До загальних точок з'єднання початків і кінців приєднують лінійні дроти. Два способи графічного представлення з'єднання за схемою трикутник показано на рис. 9.1а та 9.1б.
http://pandia.ru/text/78/082/images/image076_8.gif" width="486" height="229 src=">
Зі схеми видно, що якщо опори лінійних дротів дорівнюють 0, то фазна напруга приймача дорівнюватиме відповідним лінійним напругам генератора, тобто UФ=UЛ. Фазна напруга при трикутнику в 1.73 рази більша, ніж фазна напруга при зірці.
Прийнятим умовним позитивним напрямкам лінійної напруги (рис.9.1) відповідають умовні позитивні напрями струмів; струми у фазах рівні:
Iab=U ab/ Z ab; I bc= U bc/ Z bc; I ac= U ac/ Z ac (1)
Для вузлів a, b, c (рис.1) лінійні струми за першим законом Кірхгофа рівні:
I A= I ab- I ca;
I B= I bc-Iab; (2)
I C= I ca- I bc;
Для симетричного навантаження Z ab= Z bc= Z ca фазні струми I ab= I bc= I ac мають однаковий кут до фазних напруг.
На рис.9.3 наведено векторні діаграми напруги та струмів при симетричному навантаженні, з'єднанні трикутником (навантаження фаз активно – індуктивне).
http://pandia.ru/text/78/082/images/image080_7.gif" height="17 src=">
З діаграми випливає, що при симетричному навантаженні співвідношення між фазними та лінійними струмами одно:
Розрахунок струмів ведуть для однієї фази:
IФ=UФ/ZФ та IЛ=Ö3*IФ
У разі несиметричного навантаження, наприклад, збільшення навантаження у фазі ab (Zab
При збільшенні опору фази “bc” до нескінченності, що відповідає обриву цієї фази, струм у ній Ibc=0 та рівняння (2) запишуться у вигляді:
I A= I ab- I ca;
I B=- I ab; (3)
I C= I ca;
Векторна діаграма цього випадку дано на рис.9.5
У разі обриву одного з лінійних дротів (наприклад, дроти А) ланцюг стає однофазним з двома паралельними гілками, що знаходяться під напругою U bc.
Так як Z ab= Z bc= Z ca, то I ca= I ab=0,5 I bc; I b= I bc+ I ab; I c= - I b.
Векторна діаграма для обриву лінійного дроту фази дано на рис.9.6
http://pandia.ru/text/78/082/images/image089_5.gif" width="87" height="13 src="> Ibc
http://pandia.ru/text/78/082/images/image093_5.gif" width="85" height="35">
При симетричному навантаженні активна та реактивна потужності приймачів трифазного ланцюга рівні:
P=3Pф=3Uф*Iф*cosφФ
Q=3Qф=3Uф*Iф*sinφФ
P=Ö3UЛ* IЛ*cos φФ
Q=Ö3UЛ*IЛ*sin φФ
Повна потужність трифазного ланцюга при симетричному навантаженні:
S=3SФ або S=Ö3*UЛ*IЛ
Повна потужність трифазного ланцюга при несиметричному навантаженні:
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ.
Опис роботи стенду дивіться у розділі попередньої роботи (№ 8)
Обрив фази здійснюється від'єднанням приймача у точці a, b або с. Вимірювання напруги провадиться вольтметром V.
ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРАЦІ.
Дивіться відповідний розділ лабораторної роботи (№ 8)
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.
Прилади та приладдя:
Опис роботи стенду наведено у попередній лабораторній роботі (№ 8).
Призначення приладів:
A1, А2, А3 – амперметри для вимірювання лінійних струмів;
A4, А5, А6 – амперметри для вимірювання фазних струмів;
V – вольтметр для вимірювання фазної та лінійної напруги;
1. Ознайомтеся з лабораторним стендом, знайдіть мережевий вимикач, тумблери увімкнення – відключення додаткових навантажень
2. Зберіть схему з'єднання навантаження у трикутник. Монтажна схема наведена на стенді. Покажіть схему перевірки викладачеві або лаборанту.
3. Запишіть технічні дані застосовуваних приладів.
4. Увімкніть стенд та встановіть симетричне навантаження фаз. Тумблери SA1, SA2, SA3, за вказівкою викладача, мають бути відключені або включені. Тумблер SA4 у вихідному стані має бути включений.
За показаннями амперметрів переконайтеся в рівності струмів у фазах та лінійних дротах. Дані вимірювань струмів та напруг усіх дослідів запишіть у табл. 9.1. У графі “Режим навантаження” вкажіть режим навантаження (симетричне або несиметричне).
5. Виконайте такі досліди при несиметричному навантаженні:
Збільшення навантаження в одній із фаз
Збільшення навантаження у двох фазах
Обрив фазного дроту
Обрив лінійного дроту
Таблиця 9.1
|
навантаження | Виміряно | Обчислено |
||||||||||
ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ.
У роботі обробка результатів експерименту проводиться відповідно до відповідного розділу попередньої роботи. Зробіть висновки щодо роботи за формою, наведеною в лабораторній роботі №10 цього керівництва.
ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПРОВІРКИ.
1. Які цілі роботи та порядок її виконання? Відповідь пояснити за схемою лабораторної роботи.
2. Зобразити схему досвіду із включенням всіх приладів. Вказати призначення всіх приладів.
3. Написати формулу зв'язку лінійних струмів та напруг з їх фазними значеннями при симетричному та несиметричному навантаженнях при з'єднанні навантаження у трикутник. Як визначаються фазні потужності, потужності всього трифазного ланцюга?
4. Який порядок побудови векторної діаграми напруг та струмів для активного навантаження?
5. Зобразити векторну діаграму напруги та струмів зі збільшенням навантаження в одній із фаз.
6. Зобразити векторну діаграму напруги та струмів зі збільшенням навантаження у двох фазах.
7. Зобразити векторну діаграму напруги та струмів при обриві фазного дроту.
8. У скільки разів змінюється фазні та лінійні струми та напруги при перемиканні симетричного навантаження із “зірки” на “трикутник”? Відповідь пояснити на прикладі даних, отриманих при дослідженні навантаження, з'єднаного в “зірку” попередньої лабораторної роботи.
9. У скільки разів зміняться потужності при перемиканні схеми навантаження із “зірки” на “трикутник”? Відповідь пояснити на прикладі даних, отриманих у попередній лабораторній роботі
симетричне навантаження.
10. Побудувати векторну діаграму струмів та напруги при обриві лінійного дроту.
Література
1. , Нємцов. Навч. для вузів. - М: Вища. шк., 2000. - 542 с.
Час, відведений на лабораторну роботу.
Підготовка до роботи | 1 академ. годину |
Виконання роботи | 1 академ. годину |
Обробка результатів експерименту та оформлення звіту | 1 академ. годину |
Звіт з лабораторної роботи | 1 академ. годину |
Лабораторна робота №10
ВИВЧЕННЯ ТРИФАЗНОГО ЛАНЦЮГУ ПРИ З'ЄДНАННІ ФАЗ ПРИЄМНИКА ЗІРКОЮ І ТРИКУТНИКОМ
Мета роботи: вивчити ланцюг трифазного струмупри з'єднанні фаз приймача спочатку за схемою «зірка», потім за схемою «трикутник» у симетричному та несиметричному режимах.
Основні поняття.
Дивись відповідні розділи лабораторних робіт №8 та №9.
Методика експерименту.
Лабораторна робота проводиться на стенді, опис якого наводиться на сторінці 9 цього посібника. Для виконання роботи у навчальній групі викладач формує парну кількість бригад (2,4 або 6). При цьому непарні бригади виконують спочатку роботу №8, а парні - №9. Потім бригади обмінюються місцями, і вже на зібраних стендах виконують роботу відповідно: непарні №9, парні - №8. Порядок постановки дослідів у лабораторній роботі №10 такий самий, як і лабораторних роботах № 8 та № 9, але за скороченою схемою. Досліджуються 3 трифазні ланцюги:1.Чотирипровідний ланцюг при з'єднанні фаз навантаження зіркою; 2. Трипровідний ланцюг при з'єднанні фаз навантаження зіркою. 3. Трипровідний ланцюг при з'єднанні фаз навантаження до трикутника. Для кожного ланцюга виконують 2 режими навантаження: а) симетрична; б) несиметрична (наприклад збільшення навантаження в одній із фаз). Таким чином, виконується 6 дослідів. Вимоги безпеки праці такі самі, як у відповідному розділі лабораторної роботи №8.
Порядок виконання роботи:
1. Ознайомтеся із лабораторним стендом. Знайдіть мережевий вимикач, тумблери включення додаткових навантажень (ламп розжарювання) SA1….SA3, які мають бути відключені, тумблер відключення
фази SA4, який має бути включений. Амперметри А1, А2, А3,
призначені для вимірювання лінійних струмів при з'єднанні фаз приймача трикутник. Амперметр А4 - для вимірювання струму в нульовому дроті чотирипрохідного ланцюга. Амперметри А5, А6, А7 - для вимірювання фазових струмів як при з'єднанні фаз навантаження за схемою «зірка», так за схемою «трикутник». Для вимірювання фазних та лінійних напруг на схемі є вольтметр на 50 вольт. Для вимірювання напруги між нейтралями генератора та навантаження на стенді є вольтметр на 15 вольт.
2.Зберіть схему досвіду. Непарні бригади збирають схему, за якою фази приймача з'єднується за схемою «зірка», а парні за схемою «трикутник». Монтажні схеми наведені на стендах.
3. Непарні бригадивиконують роботу у такому порядку:
А. досліджується 4-х провідний ланцюг за схемою «зірка»
Досвід 1: симетричне навантаження. У табл.1 лабораторної роботи № 8 записуються показання амперметрів та виміряні лінійні та фазні напруги.
За результатами вимірювання струмів і напруг робиться висновок, форма якого наведена в кінці розділу.
Досвід 2. Несиметричне навантаження. І тому за вказівкою викладача включається одне із тумблерів SA1…..SA3 і знову таблицю даних записується показання амперметрів і вольтметрів й у висновки записуються результати спостережень.
Б. Досліджується 3-х провідний ланцюг при з'єднанні фаз приймача в «зірку»
Досвід 3. Симетричне навантаження. Для цього вимкнути тумблер, який був увімкнений в досвіді 2 і відключити автоматичний вимикач QF4, відключивши тим самим нульовий провід. Записати показання приладів таблицю, а висновках записати результати спостережень.
Досвід 4. Несиметричне навантаження. Включається той самий тумблер, що у досвіді 2. У таблицю записуються показання всіх приладів, а висновках записуються результати спостережень.
Досвід 5. Симетричне навантаження. Тумблери SА1. . ……..SA3 вимкнено, тумблер SA4 включений.
Включивши мережевий вимикач SA записують показання амперметрів і вольтметра в табл. 9.1 (стор.15 цього посібника) та заповнюють висновки.
Після цього записується технічні характеристикивсіх застосовуваних приладів.
Чітні бригадипроводять досліди у такому порядку: Досвід 5; Досвід 6; Досвід 1; Досвід 2; Досвід 3; Досвід 4.
Відповідно до отриманих даних провести розрахунки та результати розрахунків записати до таблиці у графи «обчислено».
Для всіх дослідів побудувати векторні діаграми напруги та струмів у масштабі на міліметровому папері або папері в клітинку.
Висновки щодо роботи.
1. З'єднання фаз приймача у «зірку».
А.3-х фазний, 4-х провідний ланцюг (з нульовим дротом).
Досвід 1.При симетричному навантаженні 3-х фазного, 4-х провідного ланцюга при з'єднанні фаз приймача в «зірку» нами встановлено:
напруги на фазах приймача __________між собою, лампи горять з___________яскравістю
(рівні або не рівні) (однаковою або різною)
лінійні напруги ____________ фазних у _________ разів,
(більше, менше) (число)
що відрізняється від теорететич. на________%
Досвід 2.При несиметричному навантаженні в 3-х фазному, 4-х провідному ланцюгу, при з'єднанні фаз у «зірку» з досвіду отримали:
Напруги на фазах приймача ________________________________________
(змінилися чи ні, рівні чи не рівні між собою)
Лампи горять _____________________________ яскравістю
(З однаковою або різною яскравістю)
Лінійні напруги _______________________ фазних у _______ разів
(більше, менше) (число)
Таким чином, наявність 4-го дроту забезпечує ________________фазних напруг
і дозволяє включати до такої мережі ___________________________________________
(а) симетричну, б) несиметричну, в) та симетр. та несиметр. навантаження)
Б. 3-х фазний, 3-х провідний ланцюг. З'єднання фаз приймача у «зірку».
фазні напруги на навантаженні _____________лампи горять із____________яскравістю
(змінилися чи ні) (однаковою чи різною)
Нульовий провід при симетричному навантаженні
(обов'язковий або необов'язковий)
При несиметричному навантаженні в 3-х фазному, 3-х провідному ланцюзі, при з'єднанні фаз у «зірку».
Фазна напруга на навантаженні ___________________яскравість ламп_________________
(однакові або різні) (однакова або різна)
Несиметричне навантаження в 3-х фазний, 3-х провідний ланцюг включати __________________
(можна, не можна)
2. З'єднання фаз приймача до трикутника.
При з'єднанні фаз приймача за схемою "трикутник" з досвіду встановлено:
Фазні напруги ______________ у порівнянні з таким же режимом за схемою «зірка»
(збільшилися, зменшились)
лампи горять ______________яскравістю та ___________________ у порівнянні зі схемою «зірка»
(з однаковою або різною) (яскравішою або слабкішою)
Лінійні струми __________фазних у ______раз, що відрізняється від теоретичного на ____%
(Більше або менше)
Напруги на фазах навантаження ____________________________________________
(зменшилися, збільшилися, не змінилися)
Лампи горять_з_____________________яскравістю
(однаковий, різний)
Таким чином, за схемою "трикутник" можна включати
Навантаження.
(а) симетричну, б) несиметричну, в) і симетричну та несиметричну)
Обробка результатів експерименту див. відповідний розділ лаб. роб.№ 8.
Питання для самоперевірки див. у відповідних розділах лаб. раб.№ 8 та № 9 .
Література:
Та сама що й у лабораторній роботі № 8.
Час відведений на лабораторну роботу
Підготовка до роботи | 2 академічні години |
Виконання роботи | 2 академічні години |
Опрацювання результатів | 2 академічні години |
З'єднання фаз генератора та приймача трикутником
При з'єднанні джерела живлення трикутником (рис. 3.12) кінець X однієї фази з'єднується з початком другої фази, кінець Y другої фази – з початком третьої фази, кінець третьої фази Z – c початком першої фази А. Початку А, В і С фаз підключаються за допомогою трьох дротів до приймачів.
З'єднання фаз джерела замкнутий трикутник можливе при симетричній системі ЕРС, так як
A + B + C = 0.
Якщо з'єднання обмоток трикутником неправильно виконано, тобто. в одну точку з'єднані кінці або початку двох фаз, сумарна ЕРС в контурі трикутника відрізняється від нуля і по обмотках протікає великий струм. Це аварійний режим для джерел живлення, тому неприпустимий.
Напруга між кінцем та початком фази при з'єднанні трикутником – це напруга між лінійними проводами. Тому при з'єднанні трикутником лінійна напруга дорівнює фазному напрузі.
Нехтуючи опором лінійних проводів, лінійну напругу споживача можна прирівняти лінійним напругам джерела живлення: U ab = U AB , U bc = U BC , U ca = U CA . По фазах Z ab , Z bc , Z ca приймача протікають фазні струми ab , bc і İ ca . Умовний позитивний напрямок фазної напруги Ú ab , Ú bc і Ú ca збігається з позитивним напрямком фазних струмів. Умовний позитивний напрямок лінійних струмів A, B і C прийнято від джерел живлення до приймача.
На відміну від з'єднання зіркою при з'єднанні трикутником, фазні струми не рівні лінійним. Струми у фазах приймача визначаються за формулами
İ ab = Ú ab / Z ab; İ bc = Ú bc / Z bc; İ ca = Ú ca / Z ca.
Лінійні струми можна визначити за фазними, склавши рівняння за першим законом Кірхгофа для вузлів a, b та c (рис 3.12)
Склавши ліві та праві частини системи рівнянь, (3.20), отримаємо
İ A + İ B + İ C = 0,
тобто. сума комплексів лінійних струмів дорівнює нулю як при симетричному, так і при несиметричному навантаженні.
При симетричному навантаженні
Z ab = Z bc = Z ca = Z e jφ ,
тобто. Z ab = Z bc = Z ca = Z, φ ab = φ bc = φ ca = φ.
Так як лінійні (вони фазні) напруги U AB , U BC , U CA симетричні, то і фазні струми утворюють симетричну систему
İ ab = Ú ab / Z ab; İ bc = Ú bc / Z bc; İ ca = Ú ca / Z ca.
Абсолютні значення їх дорівнюють, а зрушення по фазі відносно один одного становлять 120°.
Лінійні струми
İ A = İ ab-İ ca; İ B = İ bc - İ ab; İ C = İ ca - İ bc;
утворюють також симетричну систему струмів (рис.3.13, 3.14).
На векторній діаграмі (рис. 3.14) фазні струми відстають від фазної напруги на кут φ (вважаємо, що фази приймача є індуктивними, тобто φ > 0°). Тут прийнято, що напруга U AB має нульову фазу. З діаграми випливає, що будь-який лінійний струм більший за фазний в раз. Лінійний струм A відстає по фазі від фазного струму ab на кут 30 °, на цей же кут відстає B від Bc, C від İ ca .
Таким чином, при з'єднанні трикутником значення лінійного струму, що діє, при симетричному навантаженні в раз більше чинного значенняфазного струму та U Л = U Ф; I Л = I Ф.
При рівномірному навантаженні фаз розрахунок трифазного ланцюга з'єднаного трикутником можна звести до розрахунку однієї фази.
Фазна напруга U Ф = U Л. Фазний струм I Ф = U Ф/Z Ф, лінійний струм I Л = I Ф, кут зсуву по фазі φ = arctg (X Ф/R Ф).
У загальному випадку при несиметричному навантаженні Z ab ≠ Z bc ≠ Z ca. Зазвичай вона виникає при харчуванні від трифазної мережіоднофазних приймачів. Наприклад, для навантаження, рис. 3.15, фазні струми, кути зсуву фаз та фазні потужності будуть у загальному випадку різними.
Векторна діаграма для випадку, коли у фазі ab є активне навантаження, У фазі bc - активно-індуктивна, а у фазі ca - активно-ємнісна наведена на рис. 3.16 топографічна діаграма – на рис. 3.17.
Побудова векторів лінійних струмів виконано відповідно до виразів
İ A = İ ab-İ ca; İ B = İ bc - İ ab; İ C = İ ca - İ bc.
Таким чином, при несиметричному навантаженні симетрія фазних струмів ab , b , ca порушується, тому лінійні струми A , B , C можна визначити тільки розрахунком за вищенаведеними рівняннями (3.20) або знайти графічним шляхом з векторні діаграми(Рис. 3.16, 3.17).
Важливою особливістю з'єднання фаз приймача трикутником є те, що при зміні опору однієї з фаз режим роботи інших фаз залишається незмінним, тому що лінійна напруга генератора є постійними. Змінюватиметься тільки струм даної фази і лінійні струми у проводах лінії, з'єднаних з цією фазою. Тому схема з'єднання трикутником широко використовується для включення несиметричного навантаження.
При розрахунку для несиметричного навантаження спочатку визначають значення фазних струмів ab , bc , ca і відповідні їм зрушення фаз ab , bc , ca . Потім визначають лінійні струми за допомогою рівнянь (3.20) комплексної формиабо за допомогою векторних діаграм (рис. 3.16, 3.17).
64 З'єднання елементів електричного ланцюгаза схемами «зірка» та «трикутник»
У електротехнічних та електронних пристроях елементи ланцюга з'єднуються за бруківкою (рис. 1.12). Опори R 12 , R 13 , R 24 , R 34 включені в плечі моста, діагональ 1-4 включений джерело живлення з ЕРС Е, інша діагональ 3-4 називається вимірювальною діагоналлю мосту.
 Рис. 1.12 |  Рис. 1.13 |
Для заміни схеми "зірка" еквівалентним трикутником необхідно розрахувати опори трикутника:
; 
; 
.
Після проведених перетворень (рис. 1.13) можна визначити величину еквівалентного опору мостової схеми (рис. 1.12)
.
При використанні схеми підключення для трифазних пристроїв захисного відключеннязабезпечується одночасний захист однофазних та трифазних споживачів. Нульова та заземлююча шини у цій схемі поєднуються. Лічильник електричної енергії при такому типі підключення встановлюється між пристроєм захисного відключення та автоматичним ввідним вимикачем.
65 Аварійні режими трифазного ланцюга
при з'єднанні навантаження на зірку
Аварійними є режими, що виникають при коротких замиканняу навантаженні
або в лініях та обриві проводів. Зупинимося на деяких типових аварійних
