Лабораторные работы по электротехнике

Физика, электротехника
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ОДНОФАЗНОГО
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ
Исследование работы
выпрямительных схем
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цепи постоянного тока
Контрольная работа
Контрольная работа № 2.
Контрольная работа № 3.
Лабораторный практикум
Резонанс в последовательном
колебательном контуре
 
 
 

Работа № 6

Исследование симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной электрической цепи переменного напряжения при соединении фаз приемника по схеме "треугольник"

Цель работы. Приобретение практических навыков соединения фаз трехфазных потребителей электрической энергии по схеме "треугольник". Экспериментальное исследование распределения напряжений, фазных и линейных токов при симметричных и несимметричных режимах работы трехфазной цепи. Углубление знаний в области использования метода векторных диаграмм для анализа процессов в трехфазных электрических цепях переменного напряжения.

Общие положения

При эксплуатации трехфазных электрических цепей переменного напряжения фазы потребителей электрической энергии довольно часто соединяют между собой по схеме "треугольник". Для этого конец x фазы a-x электрически соединяют с началом b фазы b-y, конец y этой фазы электрически соединяют с началом c фазы c-z, а конец z этой фазы электрически соединяют с началом a фазы a-x (см. рис. 30, 31).К вершинам образовавшегося при этом треугольника подключаются три провода линии электропередачи, посредством которых электрическая энергия от трехфазного источника передается приемнику. При этом фазы источника могут быть соединены по схеме "треугольник" (рис. 30) или "звезда" (рис. 31).

Характерной особенностью соединения фаз приемника по схеме "треугольник" является то, что к каждой фазе приемника подключаются два линейных провода, между которыми действует линейное напряжение. Поэтому для соединения фаз в "треугольник" характерно равенство фазных и линейных напряжений:

; ; ,

где

, ,

- действующие значения фазных напряжений;

, ,

- действующие значения линейных напряжений.

Токи, протекающие по фазам потребителя, называются фазными токами. На рис. 30, 31 действующие значения фазных токов обозначены через , , .

Рис. 30

Рис. 31

Токи, протекающие по проводам линии электропередачи, называются линейными токами. На схемах (рис. 30, 31) действующие значения линейных токов обозначены через , , .

Трехфазные источники электрической энергии, установленные на электрических станциях, вырабатывают симметричные системы фазных и линейных напряжений. Поэтому в рабочем режиме трехфазной системы, когда нет обрыва проводов линии электропередачи, система фазных (линейных) напряжений на зажимах трехфазного приемника также является симметричной, т.е. напряжения на фазах потребителя равны по величине и сдвинуты по фазе во времени на . Если при этом и трехфазный приемник является симметричным, т.е. выполняются равенства

, , ,

то в трехфазных системах (рис. 30, 31) устанавливается симметричный режим работы. В этом режиме работы трехфазной системы

, , ,

, ,

где

, ,

- активные мощности фаз;

, ,

- индуктивные реактивные мощности фаз;

, ,

- емкостные реактивные мощности фаз;

, ,

- углы сдвига фаз между фазными напряжениями и фазными токами.

В симметричном режиме работы токи в фазах приемника и токи в проводах линии электропередачи связаны следующим соотношением

,

где

- ток в проводах питающей линии;

- ток в фазе потребителя.

В случае, когда сопротивления фаз потребителя отличаются или по величине, или по характеру, или одновременно и по величине и характеру, или же имеет место обрыв одной из фаз потребителя или обрыв одного из линейных проводов, то в трехфазных системах (рис. 30, 31) устанавливается несимметричный режим работы. В несимметричном режиме работы трехфазной системы токи в фазах потребителя, токи в проводах линии электропередачи, активные, индуктивные, емкостные и полные мощности фаз, углы сдвига между напряжениями и токами соответствующих фаз в общем случае отличаются по величине. Токи в линейных проводах рассчитываются через токи в фазах потребителя по формулам:

, , .

Домашнее задание

Изучить материал по трехфазным электрическим цепям при соединении фаз потребителя по схеме "треугольник" /Л1, с. 138-143; Л2, с. 348-349, 354-359, 367-369; Л6, с. 148-151, 156-158, 160-163; конспект лекций/. Начертить в рабочей тетради табл. 1 паспортных данных электроизмерительных приборов, табл. 14 режимов работы трехфазной электрической цепи и табл. 15 для опытных данных, полученных в процессе экспериментальных исследований.

Таблица 14

Номер опыта

Режим работы трехфазной цепи

Количество ламп ламповых реостатов, включаемых в фазы

a-x

b-y

c-z

 

1.

Симметричный режим работы

5

5

5

 

2.

Несимметричный режим работы, обусловленный различным числом ламп, включенных в фазах потребителя

4

3

5

 

3.

Несимметричный режим работы, обусловленный обрывом фазы a-x потребителя

-

5

5

 

4.

Несимметричный режим работы, обусловленный обрывом провода A-a линии электропередачи

4

4

4

 

5.*

Несимметричный режим работы, обусловленный различным характером сопротивлений фаз приемника

6

Батарея конденсаторов, емкостью 40 мкФ

3

 

* - данный режим проводится только по указанию преподавателя.

Таблица 15

Номер опыта

Напряжения на фазах приемника

Токи в фазах приемника

Токи в проводах линии электропередачи

Сопротивления фаз приемника

В

А

А

Ом

Рабочее задание

1. Собрать электрическую схему, представленную на рис. 32. В качестве источника питания используется источник трехфазного переменного напряжения с действующим значением линейного напряжения 220 В. Функции приемника электрической энергии выполняют лампы накаливания трех ламповых реостатов, соединенных по схеме "треугольник". На электрической схеме (рис. 32) ламповые реостаты замещены регулируемыми по величине активными сопротивлениями , , . Напряжения на фазах потребителя измеряются с помощью трех вольтметров электромагнитной системы с пределами измерения 300 В. Токи в фазах потребителя и токи в проводах линии электропередачи измеряются амперметрами электромагнитной системы с пределами измерения соответственно 5 А и 7,5 А.

Рис. 32

2. Исследовать работу электрической цепи в режимах, указанных в табл. 14. Показания электроизмерительных приборов для всех исследованных режимов работы заносятся в табл. 15.

3. На основании данных табл. 15 произвести построение векторных диаграмм напряжений и токов. Построение выполнить с использованием следующих масштабов: по напряжению 20 В/см, по току 1 А/см. Порядок построения:

находятся длины векторов напряжений, фазных и линейных токов посредством деления величин напряжений и токов, указанных в табл. 15, соответственно на масштаб напряжения и масштаб тока;

строится равносторонний треугольник напряжений фаз (в опыте с обрывом линейного провода треугольник вырождается в три вектора, располагаемых на одной прямой);

по направлению векторов напряжений фаз откладываются векторы соответствующих токов фаз;

строятся векторы токов в проводах линии электропередачи по выражениям, приведенным в разделе "общие положения".

4. По экспериментально полученным данным произвести расчет сопротивлений фаз потребителя. При расчете использовать следующие формулы:

, , .

Данные расчета для всех режимов работы занести в табл. 14.

5. Для студентов ряда специальностей (по указанию преподавателя) программа исследований несимметричных режимов работы трехфазных цепей должна быть расширена. С этой целью ламповый реостат в фазе b-y отключается, а вместо него в эту фазу включается батарея конденсаторов емкостью 40 мкФ. В фазы a-x и c-z приемника при этом включается соответственно 6 и 3 лампы.

Показания электроизмерительных приборов, зафиксированных при проведении данного опыта, заносятся в табл. 15. На основании этих данных строится векторная диаграмма токов и напряжений и рассчитываются сопротивления фаз приемника. Величины   и  рассчитываются по приведенным выше выражениям, а емкостное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

Результаты расчета сопротивлений заносятся в табл. 14.

6. В выводах по работе отразить особенности симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной цепи, в которой фазы приемника включены по схеме "треугольник".

Контрольные вопросы

1. В чем заключается отличие соединения фаз потребителя по схеме "треугольник" от соединения фаз по схеме "звезда"?

2. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения при соединении фаз потребителя электрической энергии по схеме "треугольник"?

3. В каком случае отношение  справедливо? В каком случае несправедливо?

4. По каким выражениям рассчитываются токи в проводах линии электропередачи при несимметричном режиме работы трехфазной цепи, в которой фазы потребителя соединены по схеме "треугольник"?

5. В фазе a-x симметричного трехфазного приемника активной энергии произошел обрыв. Как изменятся токи в фазах приемника и в проводах линии электропередачи в возникшем при этом несимметричном режиме по сравнению с симметричным режимом, имевшем место до обрыва? Построить векторную диаграмму для несимметричного режима.

6. В симметричной трехфазной цепи, в которой фазы потребителя соединены по схеме "треугольник", произошел обрыв провода B-b линии электропередачи. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для несимметричного режима работы трехфазной цепи. Определить, в каком соотношении находятся напряжения на фазах a-x и b-y?

7. В электрической цепи (рис. 33)  Ом,  Ом,  Ом,  Ом,  Ом. Величина линейного напряжения  В. Рассчитать величины токов в фазах приемника и углы сдвига фаз между напряжениями фаз и токами фаз. Построить в масштабе векторную диаграмму, из которой определить токи в проводах линии электропередачи.

8. В электрической цепи (рис. 34)  Ом,  Ом,  Ом. Величина линейного напряжения 380 В. Рассчитать величины токов в фазах приемника. Построить в масштабе векторную диаграмму, из которой определить токи в проводах линии электропередачи.

9. В схеме (рис. 34) произошел обрыв в фазе c-z. Используя данные, приведенные в п. 8, рассчитать токи в фазах a-z, b-y и построить в масштабе векторную диаграмму напряжений, фазных и линейных токов. Найти величину тока в линейном проводе A-a.

Рис. 33

Рис. 34

10. В схеме (рис. 34) произошел обрыв линейного провода B-b. Используя данные п. 7, рассчитать токи в фазах потребителя, активные, реактивные и полные мощности фаз.

11. Какие элементы и с какой величиной сопротивления надо ввести в фазы потребителя, приведенного на рис. 34, чтобы потребитель стал симметричным?

12. Рассчитать активную, реактивную и полную мощности трехфазного источника электрической энергии в схеме, представленной на рис. 33.

Лабораторные и контрольные работы по электротехнике