При соединении потребителей энергии звездой

Цель работы: проверить соотношения между фазными и линейными токами при равномерной нагрузке, при неравномерной нагрузке, при отключенной фазе и при обрыве линейного провода.

Работа выполняется на универсальном стенде, в которомустановлены необходимыеприборы, в соответствии со схемой.

№ п/п	Наименование Приборов.	Тип.	Система.	Технические характеристики	Класс Точности.
1.	Вольтметр
2.	Миллиамперметр
3.	Миллиамперметр
4.	Миллиамперметр
5.	Вольтметр

Под трехфазной системой понимается совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС (напряжения) одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на угол 2π/3 (120°), создаваемые общим источником электрической энергии.

Передача электрической энергии от источника к потребителю в трехфазной трехпроводной системе осуществляется с помощью линейных приводов. В четырехпроводной системе имеется четвертый - нейтральный (Nn) привод, соединяющий общие точки фаз источника и потребителя.

Для соединения фаз приемника звездойихконцы (x, y, z)соединяют в одну общую точку n, называемую нулевой илинейтральной точкой. Начала фаз (а,b,с) присоединяют к

Рис.15. Схема соединения фаз звездой с нулевой или нейтральной точкой

проводам, идущим к соответствующим фазамсети. Эти проводаявляются линейными. Провод, соединяющий нейтральные точкинагрузки n и сети N, называетсянейтральным. Трехфазная цепьс тремялинейными и нейтральными проводами называетсячетырехпроводной, а при отсутствии нейтрального провода –трехпроводной. Нагрузку называют симметричной, когдакомплексы сопротивлений фаз одинаковы. При соединении фазнагрузки звездой линейные токи одновременноявляютсяифазными, поэтому I _Л= I _Ф. Электрическое состояние цепиописывается законами Кирхгофа и Ома: где Ia, Ib, Ic - фазные токи; Ua, Ub, U c – напряжения насоответствующих фазах нагрузки; Uab,Ubc,Uca – линейныенапряжения; Напряжение между нейтральными точками нагрузки иисточника (сети) называется напряжением смещения нейтрали иобозначается U_nN. При неравномерной нагрузке фаз иотсутствии нейтрального провода фазные напряжения нанагрузке Ua,Ub,Uc связаны с соответствующими напряжениямиисточника соотношениями: Ua = U_А - U_nN, Ub = U_В - U_nN.

Рис.16. Векторная диаграмма фазных и линейных напряжений при симметричной нагрузке в соединении звездой.

В соответствии с уравнениями Кирхгофа строитсявекторная диаграмма (рис. 16). Ее начинают строить свекторов линейных напряжений, которые задаются сетью и отусловий опыта не зависят. Точка N на векторной диаграмме,соответствующая нейтральной точке генератора, находится вцентре тяжести треугольника линейных напряжений. Точку n,соответствующую нейтрали нагрузки, находят методом засечек.Векторы токов откладывают по отношению к соответствующимвекторам фазных напряжений с учетом характера нагрузки фазы(угла φ).

В качестве примера на рис. 16 приведена векторнаядиаграмма

при симметричной активно- индуктивной нагрузкефаз.

Рис.17. Схемаисследование работы трехфазной цепи

при соединении потребителей энергии звездой

Порядок проведения работы:

1. Ознакомиться с описанием работы, схемой, записать основные данные измерительных приборов.

2. Переключатель выбора схемы стенда поставить в положение “1”,переключатель измерения напряжения в схемах “ P ” перевести в нулевое положение.

3. При замкнутом выключателе в цепи нулевого провода включить стенд под напряжение и установить равномерную нагрузку трех фаз. С помощью переключателя “ P ” измерить линейные и фазные напряжения и записать показания амперметров и вольтметра в таблицу. Убедиться в отсутствии тока в нулевом проводе.

4. Разомкнуть выключатель в нулевом проводе и снова записать показания вольтметра и амперметров.

5. При замкнутом выключателе в нулевом проводе изменить нагрузку в одной из фаз так, чтобы амперметр в нулевом проводе давал заметные показания. Повторить те же изменения и записать показания приборов. Затем отключить выключатель в нулевом проводе и снова произвести те же измерения с записью показаний приборов. Повторить опыты для двух-трех случаев неравномерной нагрузки.

6. Отключив полностью нагрузку одной из фаз, повторить все измерения при выключенном, а затем при включенном переключателе в нулевом проводе. Показания приборов записать в таблицу.

7. При отключенном линейном проводе одной из фаз и включенных нагрузках в других фазах повторить измерения. Показания приборов записать в таблицу.

8. Определить для всех случаев фазные мощности, мощность всей цепи. Убедиться, что сумма мощностей фаз при равномерной нагрузке

P = + + или P = Icos , гдеcos =1

№ вид нагрузки п/п

, A

, B

, Bт

Вт

P, Вт

Нулевой провод

1.Равно- Мерная

Включен

Отключе

2. Неравно- Мерная 3.

Включен

Отключ

Включен

Отключё

4.Отклю- чена наг- рузка од- ной фазы

Включен

Отключе

5.Перего- релпредохр. В одной фазе/в линейном проводе/

Включен

Отключен

9. По данным таблицы построить в масштабе векторные диаграммы для трех случаев: а/ равномерная нагрузка; б/ неравномерная нагрузка при включенном нулевом проводе; в/ та же неравномерная нагрузка при отключенном нулевом проводе. Сделать краткие выводы по работе, отметив назначение провода.

10. Ответить на следующие вопросы:

1. Что называется трёхфазной системой?

2. Как нужно соединить фазы «звездой»?

3. Какой провод в трехфазной системе называется «нейтральным» и при каком условии он носит название «нулевой»?

4. Каковы достоинства трехфазной четырехпроводной сети и для каких приемников энергии она применяется?

5. Дайте определения понятий «фазное» и «линейное» напряжения. Каково соотношение между ними?

6. Поясните назначение нулевого провода в трехфазной четырехпроводной системе.

7. Как подсчитать мощность в трехфазной цепи в случаях равномерной и неравномерной нагрузках фаз?

8. В отчете указать, к каким нежелательным последствиям может привести случайный обрыв нулевого провода при неравномерной нагрузке фаз и соединений потребителей энергии звездой / электрическое освещение /.

Указания для построения векторной диаграммы.

Для построения векторной диаграммы выбираем масштабы по току, например, 1см – 10 А и напряжению: 1см – 40 В. Построение диаграммы начинаем с векторов фазных напряжений U_A, U_B, U_C располагая их под углом 120 друг относительно друга. Чередование фаз обычное: за фазой А – фаза В, за фазой В – фаза С. Если в фазе включен конденсатор, то угол сдвига φ отрицательный, т.е. ток опережает фазное напряжение.Если в фазе включена индуктивная катушка, то угол сдвига φ больше нуля, т.е. ток отстает от фазного напряжения.На активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе. Ток в нулевом проводе равен геометрической сумме трех фазных токов.

Лабораторная работа №7