Обчислити для кожного випадку навантаження коефіцієнт потужності (cosφ), активний та реактивний струм (Ia, Ip), реактивну повну потужність (Q, S).
За даними вимірювань та обчислень (п.4, 5, 6) побудувати за масштабом три векторні діаграми.
Контрольні питання
1) Які резонансні явища можливі при паралельному з’єднанні R, L, C елементів?
2) Що таке коефіцієнт потужності, який технічний та економічний зміст підвищення cosφ?
3) Яким чином покращують cosφ електротехнічного приладу (послідовним або паралельним підключенням конденсаторів до індуктивного опору і чому?
4) За якими умовами в колах з паралельним з’єднанням віток виникає резонанс?
5) В колі, що містить паралельно увімкнуті R, L і С, підвищили частоту в 2 рази. Як зміниться струм в вітках, якщо напруга не змінилася?
6) Навести схему заміщення котушки індуктивності при паралельному з’єднанні.
7) Записати вираз для повного опору при різних сполученнях приймачів електричної енергії. Побудувати векторну діаграму.
8) Чому при вмиканні в коло конденсатора ватметр показує нульове значення?
9) Чому при резонансі струмів загальний струм в колі має мінімальне значення?
Лабораторна робота 7
Трифазне електричне навантаження, з’єднане за схемою „зірка”
Мета роботи: експериментально дослідити розподіл струмів та напруг у трифазному електричному навантаженні, що з’єднане за схемою ″ зірка ″, у трипровідній та чотири провідній сітях.
Перед виконанням роботи необхідно, користуючись літературою [1,2] та конспектом лекцій. Самостійно ознайомитись із схемами з'єднання фаз трифазного джерела та трифазного приймача електричної енергії (трифазного електричного навантаження) при передачі електроенергії від джерела до приймачів через трипровідну лінію електропередачі (ЛЕП), особливостями симетричного та несиметричного трифазного електричного навантаження, співвідношеннями між лінійними та фазними параметрами навантаження при нормальних режимах електропостачання, назначеним нейтрального проводу, особливостями аварійних режимів електропостачання, коли має місце обрив лінійного проводу нейтрального проводу або однієї з фаз приймача, послідовністю чергування фаз джерела та приймачів.
Як трифазне джерело електричної енергії змінного струму використовується синхронний генератор. Від нього електрична енергія передається через трипровідну чи чотирипровідну ЛЕП до трифазного приймача електричної енергії (асинхронні електродвигуни та ін). При цьому фази трифазного приймача звичайно з'єднують за схемою "зірка" Y або " трикутник" Δ для підключення до ЛЕП. Окремі однофазні приймачі (освітлювальне навантаження ділянок цеху та території підприємства, побутове навантаження в квартирах жилого будинку та ін.) для більш рівномірного навантаження проводів ЛЕП перед підключенням розподіляють на три приблизно рівні за потужністю групи (що називають фазами приймача). Через те, що всі ці однофазні приймачі розраховані на одну й ту ж саму номінальну напругу, але в межах кожної з трьох фаз, вони з'єднуються паралельно. Трифазна система електропостачання має багато переваг. Трифазний синхронний генератор можна уявити собі як сукупність трьох однофазних джерел електричної енергії змінного струму. Фазні джерела генератора можуть бути з'єднані за схемою Y або Δ. На рис. 7.1 показано підключення трифазного приймача, фази якого з'єднані за схемою Y, до трифазного джерела електроенергії, фазні джерела якого (ĖА ĖВ ĖС) з'єднані а схемою Y через чотирипровідну ЛЕП. Напруги між початками фаз а, в, с та кінцями (x, y, z, на схемі вузол n) окремих фаз приймачів Ůа,Ůв,Ůс. називають фазними напругами Uф, а струми в фазах Iа, Iв, Iс,- фазними струмами Iф. Напруги між початками фаз приймачів Ůав, Ůав, Ůса,або між лінійними проходами ЛЕП називаються напругами UА,а струми в лінійних проводах (IВ, IС) - лінійними струмами Iл. Струми в фазах приймачів можуть бути визначеними через фазні параметри (Uа, Uв, Uс, Zа, Zв, Zс ) згідно з законом Ома.
Якщо активні (Rа=Rс=R в =R ф) та реактивні (Ха=Хв=Хс=Хф) складові повних опорів (Zа, Zв, Zс), фаз трифазного приймача рівні за величиною, а також рівні кути зсуву за фазою (φа=φв=φс=φф) між фазними напругами (Ůа, Ů в, Ůс) та відповідними фазними струмами (İа, İв, İс), то таке трифазне електричне навантаження називається симетричним. Тут Хф=(ХL-Хс). При цьому будуть рівними повні опори в фазах приймачів (Z а= Z в = Zс =Zф), фазні струми (İа=İ в =İс=İф) та фазні напруги (Ůа=Ů в =Ůс=Ůф). Для симетричного трифазного навантаження, з’єднаного за схемою Y, справедливі такі відношення:
Iл = Iф , Uл=√3Uф , İа+İв+İс=İnN =0.
Рисунок 7.1 – Трифазне коло з’єднане ″зіркою″ (Y)
Через те що струми у нейтральному проводі відсутні (İnN = 0), то нейтральний провід не прокладають, використовують трипровідну ЛЕП (наприклад, високовольтні ЛЕП). Якщо одна з вказаних вище умов не виконується, то таке трифазне електрична навантаження вважається несиметричним. При несиметричному трифазному електричному навантаженні нейтральний провід необхідний (İnN≠0) і прокладається чотирипровідна ЛЕП (наприклад, чотирипровідні ЛЕП, при освітлювальному навантаженні). Від порядку підключення початків фаз приймача (а, в, с) до відповідних лінійних проводів (A, В, С) залежить, наприклад, напрям обертання магнітного поля і ротора в асинхронних та синхронних електродвигунах. Пряма послідовність чергування фаз приймачів створюється, якщо а, в, с підключені до відповідних лінійних проводів А, В і С, зворотна послідовність - при зміні місця підключення двох лінійних проводів (наприклад, провід А підключено до початку c, провід С - до початку а, провід В - до початку в), що веде до зміни напряму обертання поля і ротору на зворотний (реверс ротору), а також напряму руху механізму, з'єднаного з ротором.
