Лабораторная работа №8. Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой

Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме “треугольник”

Цель работы:

1. Исследовать свойства трехфазной цепи с симметричной и несимметричной нагрузкой, соединенной по схеме "треугольник".

2. Освоить методику анализа цепи с помощью векторных диаграмм.

Основные теоретические положения

В трехфазных электрических сетях наряду со схемой соединения "звезда" применяется также соединение нагрузки по схеме "треугольник". При использовании схемы "треугольник" конец каждой предыдущей фазы соединяется с началом следующей, образуя замкнутый контур, а точки соединения фаз подключаются к линейным проводам А - а, В - b, С - с, связывающим потребитель с источни­ком трехфазной энергии (рис.1)

Напряжения между линейными проводами U_ab, U_bc, U_ca называется линейными напряжениями. Система линейных напряжений является симметричной, и на векторной топографической диаграмме векторы линейных напряжений образуют равносторонний треугольник (рис.2,3).

Поскольку каждая фаза нагрузки включена между парой линейных проводов, фазные напряжения нагрузки равны линейным напряжениям: U_фн = U_л. По каждой из нагрузки проходят фазные токи I_ab, I_bc, I_ca, а по линейным проводам – линейные токи I_A, I_B, I_C. В соответствии с первым законом Кирхгофа комплексные значения фазных и линейных токов связаны следующими соотношениями:

I_A = I_ab – I_ca; I_B = I_bc – I_ab; I_C = I_ca – I_bc

Трехфазная нагрузка может быть симметричной и несимметричной. Нагрузка называется симметричной, если комплексные сопротивления всех фаз одинаковы: Z_ab = Z_bc = Z_ca, и несимметричной в противном случае. Вследствие равенства действующих значений линейных напряжений (U_ab = U_bc = U_ca) действующие значения токов в фазах симметричной нагрузки одинаковы, т.е. I_ab = I_bc = I_ca = I_фн.

При построении векторной диаграммы напряжений и токов сначала строится равносторонний треугольник линейных напряжений U_ab, U_bc, U_ca,равных фазным напряжениям нагрузки (рис.2,3). Начала векторов фазных токов I_ab, I_bc, I_caсовмещают с началами векторов соответствующих напряжений. Угол j между векторами тока и напряжения, равный сдвигу фаз между ними определяется характером нагрузки. Для активной нагрузки векторы тока и напряжения совпадают по направлению, т.е. j = С. Векторы линейных токов I_A, I_B, I_C строят, используя вышеприведенные соотношения, ­как алгебраическую сумму соответствующих фазных токов.

На рис.2 и 3 приведены векторные топографические диаграммы напряжений и совмещенные с ними векторные диаграммы токов для симметричной (рис.2) и несимметричной (рис.3) активной нагрузки. Из векторной диаграммы (рис.3) следует, что для симметричной нагрузки наряду с равенством действующих значений фазных токов будет выполняться также равенство действующих значений линейных токов, т.е. I_A = I_B = I_C = I_Л, а соотношение действующих значений фазного и линейного токов таково:

Векторная диаграмма для несимметричной нагрузки (рис.3) отличается тем, что треугольники токов в ней неравные, следовательно, действу­ющие значения линейных токов, таи же, как и фазных, будут неоди­наковыми.

Объект и средства исследования

Источником питания в работе служит трехфазная сеть с линейным напряжением 36 В. Выходные гнезда А, В, С, N расположены на централь­ной панели стенда, а питание на них подается включением трехполюсного выключателя В1 (гнездо N в данной работе не задействовано)

В качестве нагрузки используются резисторы с регулируемой величиной сопротивления, смонтированные в правой части центральной панели стенда на платах №6, 9, 10, а в качестве электроизмерительных приборов - многопредельные миллиамперметры Э-377 и цифровой или стрелочный электронный вольтметр.

Программа работы

1. Собрать электрическую цепь, схема которой представлена на рис.4. После проверки преподавателем правильности сборки цепи подать на неё напряжение, включив тумблер В1.

2. Измерить с помощью вольтметра линейные напряжения U_AB, U_BC, U_CA. Результаты измерений записать в табл.1.

3. Изменяя величину сопротивления одной из фаз, убедиться, что это не влияет на токи в других фазах.

4. Установить симметричный режим работы цепи, для чего регулируя сопротивления переменных резисторов, добиться равенства фазных токов I_ab = I_bc = I_ca. Записать значения токов в табл.2.

5. Установить несимметричный режим работы цепи, обеспечив неравенство фазных токов I_ab ¹ I_bc ¹ I_ca. Записать значения токов в табл.2.

Обработка результатов эксперимента

1. Вычислить среднее значение линейного напряжения

U_Л = (U_AB + U_BC + U_CA) / 3 и записать его в табл.1.

2. Для каждого из двух опытов по экспериментальным данным построить векторную диаграмму напряжений и фазных токов, выбрав масштабы по напряжению m_U и по току m_I.

3. Построить векторы линейных токов I_A, I_B, I_C путем векторного суммирования соответствующих фазных токов. Графически с учетом масштаба определить значения линейных токов и записать их в табл.2.

Контрольные вопросы и задачи

1. Как осуществляется соединение трехфазного приемника по схеме "треугольник"?

2. Какой приемник называется симметричный?

3. Дать определение фазного и линейного токов.

4. Каково соотношение величин линейного напряжения и фазного напряжения приемника, соединенного "треугольником"?

5. Каково соотношение действующих значений фазного и линейного токов симметричного приемника, соединенного "треугольни­ком"?

6. В какой взаимосвязи находятся комплексные значения фазных и линейных токов при соединении нагрузки "треугольником"?

7. Как строится векторная диаграмма напряжений и токов трехфазной электрическое цепи при соединении нагрузки "треугольни­ком"?

8. Определить действующее значение линейного тока в симметрич­ной трехфазной цели, соединенной "треугольником", если действующее значение фазного тока равно 1,73 А.

Рекомендуемый список литературы

1. Электротехника / Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1985. - С. 114-116.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 112-114.

3. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Д.Н. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 138-143.

4. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 143-150.

Протокол испытаний

к лабораторной работе №3. "Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенной по схеме "треугольник"

Таблица 1

UAB, B
UBC, B
UCA, B
UЛ, B

Таблица 2

№оп.	Режим работы цепи	Фазные токи, А	Линейные токи, А
Iab	Ibc	Ica	IA	IB	IC

Расчетно-графическая часть

Векторные диаграммы (m_U = в / см; m_I = А / см)

1) 2)

Краткие выводы по работе:

Группа Студент Дата

Преподаватель

Дата добавления: 2015-07-08