Расчет цепей постоянного тока Расчет цепей переменного тока Расчет трехфазных цепей Примеры  решения типовых задач Лабораторные работы

Лабораторные работы по электротехнике Оформление защита

Лабораторная работа № 8

Исследование трехфазной цепи при соединении приемников треугольником

1. Цель работы

Научиться соединять приемники электрической энергии треугольником.

Экспериментальным путём исследовать режимы работы трехфазной цепи, в которой приёмники соединены треугольником, при равномерной и неравномерной нагрузке фаз.

2. Теоретические сведения и методические указания

При соединении приемников треугольником конец приемника первой фазы соединяется с началом приемника второй фазы, конец приемника второй фазы – с началом приемника третьей фазы и конец приемника третьей фазы – с началом приемника первой фазы. В результате получается замкнутый треугольник, вершины которого подключаются к источнику с помощью трех линейных проводов (рис. 22).

Рис. 22. Трехфазная цепь при соединении приемников треугольником

При соединении приемников треугольником различают линейные напряжения Uл (UAB, UBC, UCA) – напряжения между линейными проводами и фазные напряжения (напряжение на фазах приемника). Так как линейные провода подключены к началу и концу каждой фазы приемника, то линейные напряжения в то же время являются фазными напряжениями, т. е. Uл = Uф.

Различают также линейные токи Iл (IA, IB, IC) – токи в линейных проводах и фазные токи Iф (IAB, IBC, ICA) – токи в фазах приемника.

Фазные токи равны:

.

Линейные токи определяются на основании первого закона
Кирхгофа:

При симметричной нагрузке фаз, когда ZAB = ZBC = ZCA, и симметричной системе напряжения источника (ЭДС генератора) системы фазных и линейных токов будут симметричными. Наглядно это хорошо видно на векторной диаграмме. При построении диаграммы вектор комплекса напряжения UAB совмещен вещественной осью комплексной плоскости, а система трехфазного напряжения изображена в виде треугольника.

Рис. 23. Векторная диаграмма симметричной трехфазной цепи

при соединении приемников электрической энергии треугольником

Из векторной диаграммы видно также, что векторы линейных токов отстают по фазе от векторов фазных токов на 30º.

С помощью векторной диаграммы определяется также соотношение между линейными и фазными токами при симметричной нагрузке:

30º или .

При неравномерной нагрузке (ZAB ≠ ZBC ≠ ZCA) симметрия как фазных, так и линейных токов будет нарушена, т. е. IAB ≠ IBC ≠ ICA и
IA ≠ IB ≠ IC. При этом симметрия напряжений на фазах приемника не нарушается, так как она обеспечивается источником энергии.

Из указанных выше аналитических выражений также следует, что любое изменение сопротивления нагрузки одной из фаз сопровождается изменением тока в этой фазе и токов в двух линейных проводах, между которыми включен приемник с изменяющимся сопротивлением. Равенство при несимметричной нагрузке нарушается. При обрыве одной из фаз, например C'A' (рис. 24), ток в ней станет равен 0, а режим работы двух  других фаз не нарушается, так как на них по-прежнему будет линейное напряжение. Линейный ток IB не изменяется. а линейные токи IA и IC уменьшатся и станут равными фазным токам:

, .

Рис. 24. Схема трехфазной цепи

при соединении приемников

треугольником и обрыве фаз C' A'

Рис. 25. Схема трехфазной цепи

при соединении приемников

треугольником и обрыве

линейного провода А

При обрыве одного из линейных проводов (рис. 25), например провода А, режим работы фазы (в данном случае В' С' ), включенной между исправными проводами, не изменится. Две другие фазы окажутся включенными последовательно на линейное напряжение. Трехфазная цепь превращается в однофазную с двумя параллельными ветвями, соответственно чему и строится векторная диаграмма.

Если фазы симметричного приемника переключить с треугольника на звезду при неизменном напряжении источника, то напряжения на фазах приемника уменьшатся в   раз, фазные токи уменьшатся в раз, линейные токи уменьшатся в 3 раза и потребляемая мощность также уменьшится в 3 раза.

3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с аппаратурой и приборами, необходимыми для выполнения работы, и записать их основные технические данные.

2. С помощью фазоуказателя определить последовательность фаз трехфазной сети на выводах щитка питания лабораторного стола.

3. Собрать схему (рис. 26) и предъявить ее для проверки преподавателю.

Рис. 26. исследования трехфазной цепи при соединении приемников треугольником

4. Включить схему под напряжение, установить равномерную нагрузку фаз, измерить фазные токи IAB, IBC, ICA; линейные токи IA, IB, IC; линейные (фазные) напряжения UAB, UBC, UCA.

5. Установить неравномерную нагрузку фаз и произвести те же измерения.

6. Исследовать работу цепи при обрыве одной фазы приемника, для чего:

– включить схему под напряжение;

– установить снова равномерную нагрузку фаз;

– снять напряжение со схемы и разомкнуть цепь фазы C'А';

– включить схему под напряжение и измерить фазные и линейные токи; линейные (фазные) напряжения.

7. Исследовать работу цепи при обрыве линейного провода, для чего:

– при той же равномерной нагрузке и отсутствии напряжения на схеме замкнуть цепь оборванной фазы и отсоединить от источника питания линейный провод А;

– включить схему под напряжение;

– произвести измерения.

8. Исследовать изменение фазных напряжений, фазных и линейных токов в цепи при переключении приемников с треугольника на звезду, для чего:

– при снятом напряжении со схемы и той же равномерной нагрузке подсоединить линейный провод А, переключить приемники с треугольника на звезду без нулевого провода (рис. 27);

– включить схему под напряжение;

– измерить фазные (линейные) токи, фазные и линейные напряжения; сравнить их величины для обоих случаев соединения приемников.

9. Результаты всех измерений записать в табл. 5.

10. По опытным данным для всех случаев построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов.

Рис. 27. Схема переключения приемников с треугольника на звезду

Таблица 5

п/п

Характер нагрузки

IAB

IBC

ICA

IA

IB

IC

UAB

UBC

UCA

А

А

А

А

А

А

В

В

В

1

Равномерная нагрузка

2

Неравномерная нагрузка

3

Обрыв фазы

4

Обрыв линейного провода

5

То же, что в п.1, но при соединении со звездой

Примечания:

– все изменения в схеме должны осуществляться только при снятом напряжении;

– равномерная нагрузка при различных опытах должна устанавливаться одинаковой, что необходимо для анализа результатов этих опытов.

4. Содержание отчета

1. Технические данные оборудования и электроизмерительных приборов, используемых в работе.

2. Схема исследования.

3. Таблица с опытными данными.

4. Векторные диаграммы (4 диаграммы).

5. Результат изменения фазных и линейных токов и напряжений при переключении приемников с треугольника на звезду.

6. Выводы по работе.

5. Вопросы для самопроверки

1. Какое соотношение между линейными и фазными величинами (напряжениями, токами) в симметричной трехфазной системе при соединении приемников треугольником?

2. Особенность работы цепи при симметричной нагрузке фаз.

3. Что происходит в цепи в случае нарушения равномерности нагрузки фаз?

4. Как изменятся токи и напряжение в цепи при обрыве одной из фаз?

5. Как изменятся токи и напряжение в цепи при обрыве одного из линейных проводов?

6. Как изменятся токи и напряжение в цепи при переключении приемников с треугольника на звезду?

7. Чему равны активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке?

8. Как определить активную, реактивную и полную мощность цепи при несимметричной нагрузке?

Список рекомендуемой литературы

1. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник / Л. А. Бессонов. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – С. 184–192.

2. теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. Т. 1. – 4-е изд. / К. С. Демирчян [и др.]. – СПб.: Питер, 2004. – С. 321–327.


Методические указания по выполнению контрольной работы по ТОЭ