Лабораторна робота № 6

Дослідження трифазних кіл при з’Єднанні приймачів зіркою

Мета роботи - вивчити коло трифазного струму при з'єднанні приймачів зіркою з нейтральним дротом і без нього, з'ясувати роль нульового проводу; вивчити режими роботи трифазних кіл при різних видах навантаження; навчитися будувати за дослідними даними векторні діаграми для різних режимів роботи.

Теоретичні відомості

6.1. Пояснення до роботи

Трифазна симетрична система синусоїдального струму - найбільш проста до практично зручна, а тому і найбільш поширена. Це пояснюється тим, що при подачі та розподілі енергії трифазна система (особливо при симетричних навантаженнях) має економічні переваги в порівнянні з іншими системами:

а) три провідні трифазні системи (без нульового проводу) вимагає найменшої витрати провідникового матеріалу за масою;

чотирьох провідні трифазні системи при симетричних і близьких до таких навантажень менш економічні унаслідок додаткового витрати провідникового матеріалу на нульовий провід;

б) основні споживачі - трифазні асинхронні і синхронні двигуни - має більш високим ККД, у порівнянні з іншими двигунами, асинхронні двигуни прості і надійні в експлуатації;

в) трифазна система дозволяє порівняно легко отримувати обертові магнітні поля, використовувані в двигунах змінного струму,

г) трифазна чотири провідна система дозволяє мати два експлуатаційних напруги.

Діючі напруги U _АВ, U _НД і U _СА. між відповідними лінійними проводами рівні між собою за значенням, зрушені по фазі відносно один одного на кут 2П/3 і носять назву лінійних, а діючі напруги U _А, U _В і U _С між відповідним

лінійним і нейтральним проводами називаються фазними. Ці напруги пов'язані між собою векторними рівняннями:

U _АВ = U _А - U _В;

U _НД = U _В - U _С;

U _СА = U _С - U _А;

Записаним рівнянням відповідає векторна діаграма

лінійних і фазних напрузі (рис. 6.1), з яких видно, що "зірка" лінійних напруг U _АВ, U _НД і U _СА випереджає "зірку" фазних напруг U _А, U _В, U _С на кут П /6, а відповідні пари фазних і лінійних напруг U _А і U _НД, U _В і U _СА, U _С і U _АВ зміщені відносно один одного на кут П/2. Цим же рівнянням відповідає аналогічна діаграма (рис. 6.2), де лінійні напруги U _АВ, U _НД, U _СА, утворюють трикутник, а фазні напруги U _А, U _В, U _С - зірку. Така діаграма називається потенційною діаграмою напруг. При симетрії відповідно лінійних і фазних напруг між їх величинами існує залежність

(6.1)

При симетричному навантаженні струм у нейтральному проводі I _N = 0, що дозволяє трифазну лінію виконати трехпроводной.

При з'єднанні приймачів зіркою справедливо рівність I _Л = I _Ф

При несиметричної навантаженні фаз порушується симетрія фазних струмів I _А, I _В, I _С і в нейтральній дроті виникає струм I _N = I _А + I _В + I _С.

При обриві нейтрального проводу нормальний режим трифазної установки порушується: фазні струми змінюються і встановлюються такими, щоб сума їх стала рівною нулю. Це призводить до спотворення симетрії фазних напруг, в результаті чого приймачі опиняться під напругою, відмінними від номінального значення фазної напруги (рис. 6.3). Неприпустимість такого режиму змушує застосовувати всі заходи, що виключають обрив нейтрального проводу та не допускати застосувань в ньому електричних апаратів, які можуть викликати його відключення від нейтральної точки приймачів.

Потенційну діаграму напруг трифазних кіл при обриві нейтрального проводу будують циркулем по дослідженим даним методом зарубок, для чого спочатку викреслюють трикутник лінійних напруг U _АВ, U _НД, U _СА, потім з відповідних його вершин радіусами, рівними фазним напругам U _А, U _В, U _С, описують дуги, перетин яких визначає точку, яка є початком векторів фазних напруг. Для побудови векторної діаграми струмів потрібно під кутами φ _А, φ _В, φ _С, до векторів фазних напруг U _А, U _В, U _С провести вектори фазних струмів I _А, I _В, I _С (рис. 6.1).

Один з універсальних приладів використовується для виміру напруг, інший - для вимірювання струмів.

Рис. 6.1. Векторна діаграма лінійних я фазних напруг трифазної системи

Рис. 6.2. - потенційна діаграма напруг і векторна діаграма струмів при несиметричному неоднорідному режимі і приймачах, з'єднаних зіркою за наявності нейтрального проводу.

Рис. 6.3. - потенційна діаграма напруг трифазного кола при несиметричному режимі і приймачах, з'єднаних зіркою за відсутності нейтрального проводу.

Рис. 6.4. - побудова потенційної діаграми напруг векторної діаграми струмів по дослідженим даним.

У кожній фазі і нульовому проводі слід передбачити одну перемичку для забезпечення можливості включення амперметра. У роботі використовується трифазний джерело змінного струму, елементи кола, блок змінних опорів, ємностей і індуктивностей.

Векторні діаграми напруг і струмів слід будувати в масштабі.

6.2. Виконання роботи

1. Вивчити по лекціях і підручником [2, с. 104-114] матеріал про з'єднання приймачів зіркою. До лабораторних занять кожен студент повинен підготувати протокол, отримати у викладача номер варіанта (див. табл. 6.1) і заповнити табл. 6.2.

2. На складальному полі за допомогою сполучних проводів з'єднати фази джерела за схемою «зірка». Ручками східчастих регуляторів блоку трифазної напруги встановити задане фазна напруга джерела.

3. Перевірити вольтметром фазні та лінійні напруги трифазного джерела.

4. зібрати схему (рис.6.5.) симетричного активного трифазного електричного кола за схемою «зірка» з нейтральним дротом, приєднавши до джерела трифазного напруги.

Навантаженням фази А є набірні елементи 03, 05 чи з'єднані послідовно 03 і 06. Навантаження фази В - резистори R1, R2 або R3 блоку змінного опору.Навантаження фази С - опір R4 блоку змінного опору.

5. Виміряти напруги U_AB, U_BС, U_СА, U_A, U_B, U_С, і струми I_A, I_B, I_С, I_N.

6. Зняти перемичку на нейтральному проводі (рис. 6.5.), Виміряти напруги U_AB, U_BС, U_СА, U_A, U_B, U_С, U_nN і струми I_A, I_B, I_С.

7. Зібрати схему несиметричною неоднорідною навантаження без нейтрального проводу, для чого в одну з фаз включити активне навантаження - набірні елементи 03, 05 чи з'єднані послідовно 03, 06; у другу - ємності С1, С2, С3 блоку змінної ємності; до третьої - котушки L1, L2, L3 блоку змінної індуктивності відповідно до свого варіанту.

8. Виміряти напругу і струми.

9. Поставити перемичку на нульовому проводі, виміряти напруги і струми.

10. Провести дослід обриву лінійного провода, для чого згідно свого варіанту прибрати дріт, що сполучає початок відповідної фази

виміряти напруги і струми.

11. Зняти перемичку на нульовому проводі, виміряти напруги і струми.

Дані вимірювань занести в табл. 6.3.

12. Зібрати схему (рис. 6.7) з по отже з'єднаними активним резистором і котушкою індуктивності, використовуваної в трифазного кола (згідно з варіантом взяти R1 і U).

13. Виміряти напруги і струми. Дані вимірювань занести в табл. 6.4

6.3. Розрахункова частина

1. За даними табл. 6.4 побудувати векторну діаграму, визначити по векторній діаграмі активний опір котушки і кут зсуву фаз в котушці φ _До.

2. Провести по табл. 6.3 розрахунок активної потужності фаз і активну потужність трифазного споживача.

3. За цими ж даними побудувати векторні діаграми напруг і струмів симетричного і не симетричного споживача, включеного в трифазну мета з нейтральним дротом і без нього.

4. Визначити по векторних діаграм:

а) струм в нейтральному проводі

де m _I - масштаб струму (A / Sm); l _Im - довжина вектора струму I (Sm);

б) напруга зміщення нейтралі

(6.2)

Результати занести в табл. 6.2.

6.4. Контрольні питання

1. Що таке трифазна система? Які її переваги по порівняння з однофазної?

2. Що таке симетрична трифазна система? Які співвідношення між фазними і лінійними напругами, фазними і лінійними струмами в такій системі?

3. Що таке лінійні і фазні напруги, лінійні та фазні струми трифазної системи? Вказати позитивні напрямки струмів, прийнятих при розрахунках.

4. Яке значення має нульовий провід? Чому не ставлять запобіжники в нульовому проводі?

5, Як розраховується чотирипровідна трифазна система при симетричної і несиметричної навантаженнях, з'єднаних зіркою?

6. Як розраховується трьохпровідна трифазна система при симетричної і несиметричної навантаженнях, з'єднаних зіркою?

7. Поясніть побудову векторних діаграм напруг і струмів симетричного і несиметричного споживання в трифазного кола з нейтральним дротом і без нього.

8. Чому небезпечно КЗ однієї фази споживача в четирехпроводіой трифазного кола?

9. Як розраховуються активна і реактивна потужності симетричного і несиметричного споживача?

10. Що таке зміщення нейтралі? Як графічно визначити напруга зміщення нейтралі?

11. Як впливає обрив фази на роботу симетричного і не симетричного споживача в трифазного кола з нейтральним дротом і без нього?

12. Як впливає обрив лінійного провода на роботу симетричного і несиметричного споживача в трифазного кола з нейтральним дротом і без нього?

Таблиця 6.2. - Номери та параметри елементів згідно заданому варіанту

Номер варіанту	U_ф	Симетричне активне навантаження			Неоднорідна несиметрична навантаження				Обрив лінійного проводу (фаза)	Параметри схеми визначення параметрів
		Фа за								R1	U
		А	В	З		А	В	З		R1	B
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11
1	13	03	R1	R4 100		03	C3	L1	B	05	10
2	19	05	R2	R4 200		05	C2	L1	B	05	10
3	17	03 06	R3	R4 400		03 06	C3	L2	B	08	20
4	12	03	R1	R4 100		L1	03	C3	C	05	10
5	18	05	R2	R4 200		L1	05	C2	C	05	10
6	16	03 06	R3	R4 400		L2	03 06	C3	C	08	20
7	11	03	R1	R4 100		C3	L1	03	A	05	10
8	17	05	R2	R4 200		C2	L1	05	A	05	10
9	15	03 06	R3	R4 400		C3	L2	03 06	A	08	20
1	2	3	4	5		6	7	8	9	10	11
10	10	03	R1	R4 100		03	L1	C3	B	05	10
11	16	05	R2	R4 200		05	L1	C2	B	05	10
12	14	03 06	R3	R4 400		03 06	L2	C3	B	08	10
13	9	03	R1	R4 100		C3	03	L1	C	05	10
14	15	05	R2	R4 200		C2	05	L1	C	05	10

Протокол лабораторної роботи №6

Дослідження трифазних кіл при з'єднанні приймачів зіркою.

Таблиця 5.2 - Номер і параметри елементів згідно заданому варіанту

Номер варіанту	U_ф, В	Симетричне активне навантаження			Неоднорідна несиметрична навантаження			Обрив лінійного провода	Параметри схеми визначення параметрів
Номер варіанту	U_ф, В	Фаза							R1	U
		А	В	З	А	В	З		R1	B