Порядок выполнения работы. 1. Собрать электрическую цепь из двигателя, батареи конденсаторов и измерительных приборов по схеме

1. Собрать электрическую цепь из двигателя, батареи конденсаторов и измерительных приборов по схеме, изобра­женной на рис.5.

Рис. 5. Схема опытов.

Таблица 1

№ опытов	U (В)	Р (Вт)	I (А)	I (А)	I (А)	cosn	С (:кФ)

 

2. Рассчитать коэффициент мощности цепи и емкость конденсатора по формулам: cosn = P / UI, (7)

С = 10 ⁶ •I₂ / T U (:kФ). (8)

3. Построить графики изменения тока I и cosn в зависимости от емкости конденсатора. По максимуму кривой cosn и минимуму кривой I определить величину емкости, необходимой для полной компенсации сдвига фаз.

4. Построить векторные диаграммы напряжения U и токов I, I_1, I₂ по результатам первого, третьего и последнего опытов.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Электрические схемы по рис. 1 и 5.

3. Расчетные формулы с пояснениями.

4. Таблица с результатами измерений и расчетов.

5. Графики I = f(С) и cosn = f(C).

6. Векторные диаграммы U и I по результатам 1, 3 и 5 опытов, построенные в масштабе.

Контрольные вопросы

1. Каким коэффициентом мощности обладал использованный в данной лабораторной работе двигатель?

2. В какой части линии — ближе к электростанции или ближе к потреби-телю следует подключить конденсаторы, предназначенные для повышения коэффициента мощности, и почему?

3. Перечислить виды приемников энергии, у которых cosn = 1?

Литература

1. А. С. Касаткин. „Электротехника". М., Энергия, 1974, стр. 108— 111.

2. А. С. Касаткин, М.В. Немцов. „Электротехника". М., Высшая школа, 2000, стр. 39-45.

2. В. В. Яцкевич. „Электротехника". Минск, Ураджай, 1981, стр. 40-52.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ, СОЕДИНЕННОЙ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы

Научиться соединять трехфазные цепи звездой. Изучить особенности работы трехпроводной и четырехпроводной цепей с равномерной и неравномерной нагрузкой, а также при обрыве и коротком замыкании одной из фаз. Освоить метод построения векторных диаграмм.

Элементы теории

В трехфазной цепи, соединенной звездой (рис. 1), начала фаз генератора А, В, С и потребителя А^', В', С' соеди­няются линейными проводами, а концы Х, У, Z фаз генератора и Х^', У^', Z^' потребителя объединяются в общие нулевые точки. Нулевые точки генератора (О) и потребителя (О^') соединяются между собой нулевым проводом.

Рис. 1. Принципиальная схема.

В трехфазных цепях токи, протекающие по фазам генератора или потребителя, называются фазными, а протекаю­щие по линейным проводам — линейными токами. Как видно из схемы (рис. 1) в цепи, соединенной звездой, линей­ные токи равны фазным, т.е.

I_л = I_ф . (1)

Кроме того, в трехфазных цепях различают фазные и линейные напряжения. Фазным напряжением называется разность потенциалов между началом и концом какой-либо фазы. В цепи, соединенной звездой, фазное напряжение — это напряжение между линейным и нулевым проводом. На рис.1 выделены фазные напряжения U_А, U_В, U_С. Ли­нейное напряжение — это напряжение между двумя линейными проводами, например, U_АВ, U_ВС и U_СА.

Линей­ные напряжения равны геометрической разности соответствующих фазных напряжений : U_АВ = U_А - U_В,

U_ВС = U_В - U_С , (2)

U_СА = U_С - U_А.

Трёхфазные генераторы создают симметричную систему фазных напряжений. Из векторной диаграммы (рис. 2), построенной по уравнениям (2), видно, что при симметричной системе фазных напряжений система линейных напря­жений также симметрична. При этом получается следующее соотношение между линейными и фазными напряжения­ми:

U _л = U_ф. (3)

Рис 2. Векторная диаграмма напряжений для симметричной цепи

У потребителя, соединенного звездой, фазные напряжения не всегда бывают симметричные. В трехфазной цепи без нулевого провода фазные напряжения потребителя будут симметричными только при равномерной нагрузке фаз, т. е. когда сопротивления фаз одинаковы как по величине, так и по характеру. При неравномерной нагрузке фаз симметричная система фазных напряжений у потребителя получается только при наличии нулевого провода, соединя­ющего нулевые точки источника энергии и потребителя. В этом случае фазные напряжения потребителя становятся равными фазным напряжениям источника (если не учитывать падения напряжения в линейных проводах). Трех­фазную цепь с нулевым проводом называют четырехпроводной, а без нулевого провода — трехпроводной.

Ток в нулевом проводе (рис. 1) может быть определен по первому закону Кирхгофа, как геометрическая сумма всех фазных токов.

I_O = I_A + I_B + I_C. (4)

При равномерной нагрузке фаз фазные токи одинаковы и представляют симметричную систему. Сумма этих то­ков, а, следовательно, и ток в нулевом проводе, равны нулю. Поэтому равномерную нагрузку, соединенную звездой, включают по трехпроводной схеме, без нулевого провода. При неравномерной нагрузке фаз и отсутствии нулевого провода произойдет перераспределение токов и фазных напряжений у потребителя. Между нулевыми точ­ками источника и потребителя появится разность потенциалов, которая называется смещением нейтрали. Система фазных напряжений у потребителя в этом случае будет несимметричной.

На рис. 3 представлены векторные диаграммы для различных режимов активной нагрузки, вклю­ченной в трехпроводную цепь. Векторы U_А,U_В и U_С выражают фазные напряжения источника, а векторы U'_А, U'_В, U'_С — фазные напряжения потребителя. Расстояние между точками N и N^'' в масштабе напряжения равно смещению нейт­рали.

Рис. 3. Векторные диаграммы для трехпроводной цепи: а) равномерная нагрузка; б) неравномерная нагрузка; в) обрыв фазы А; г) короткое замыкание фазы В.

Здесь фазные напряжения источника и потребителя выражаются одними и теми же векторами (падение напряжения в линей­ных проводах и нулевом проводе не учитывалось).

Рис. 4. Векторные диаграммы для четырехпроводной цепи:

а) равномерная нагрузка: б) неравномерная нагрузка: в) обрыв фазы С.

Векторные диаграммы, построенные для такой же нагрузки, но при наличии нулевого провода показывают,что во всех режимах работы как трехпроводной, так и четырехпроводной цепи геометрическая сумма всех токов в нулевой точке равна нулю, как это следует из первого закона Кирхгофа. Если нагрузка будет иметь реактивный характер (емкостный или индуктивный), то фазные напряжения и токи не будут совпадать друг с другом по фазе.

В данной работе исследуется трехфазная цепь с активной нагрузкой в виде ламп накаливания, поэтому угол φ во всех фазах будет равен нулю.