Лр 5 соединение звездой

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКА ЗВЕЗДОЙ Цель работы: исследовать различные режимы работы трехфазной цепи при соединении приемника электрической энергии звездой Ход работы 1. Основные теоретические положения Трѐхфазная система электроснабжения – совокупность электрических цепей, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определѐнный фазовый угол. В трѐхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°). Соединение, при котором концы всех трѐх фаз потребителя объединяются в одну общую точку, называемой нейтральной точкой (или нейтралью), а начала фаз подсоединяются к трѐхфазному источнику питания посредством линейных проводов, называется соединение звездой трѐхфазного потребителя. Провода, соединяющие начала фаз генератора и потребителя, называются линейными. Провод, соединяющий две нейтрали, называется нейтральным. Трѐхфазная цепь, имеющая нейтральный провод, называется четырѐхпроводной. Если нейтрального провода нет – трѐхпроводной. Если сопротивления Za, Zb, Zc потребителя равны между собой, то такую нагрузку называют симметричной (рис.1).

Рис.1

Линейные и фазные величины Напряжение между линейным проводом и нейтралью называется фазным – Ua, Ub, Uc (или Uф). Напряжение между двумя линейными проводами называется линейным – UAB, UBC, UCA (или Uл). Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, справедливо соотношение между линейными и фазными токами и напряжениями: Iф = Iл, Uл = √3×Uф

При симметричной нагрузке фазные напряжения, токи и углы сдвига фаз оказываются равными. Для соединения обмоток звездой, при симметричной нагрузке, мощность трѐхфазной сети равна: Pобщ. = 3 Рф = 3×Uф× Iф×cosφ = √3×Uл× Iлcosφ Векторная диаграмма фазных токов при симметричной нагрузке (рис.2):

Рис.2

Графическое представление зависимости фазных токов от времени (рис.3):

Рис.3

Пример расчета токов при несимметричной нагрузке:

Рис.4

2

Примеры включения потребителей в трѐхфазную цепь (рис.5):

Рис.5

Важно знать:  При несимметричной нагрузке в нейтральном проводе появляется уравнительный ток.  Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке недопустим, т.к. ведет к изменению фазных напряжений потребителя.  В нейтральный провод нельзя ставить предохранители. Средствами пакета Exel исследовать работу четырѐхпроводной трѐхфазной цепи с несимметричной нагрузкой. Принять напряжения фаз генератора стандартными: 220 В и частотой 50 Гц. Включить: – в фазу А: катушку с активным сопротивлением 50 Ом и индуктивностью L = 1 Гн; – в фазу В: резистор с сопротивлением 50 Ом и последовательно с ним конденсатор ѐмкостью С = 10 мкФ; – в фазу С: катушку с активным сопротивлением 100 Ом и индуктивностью L = 0,5 Гн. Соединить фазы генератора и нагрузки по схеме / с нейтральным проводом. Начертить схему этой цепи.

2.

Рассчитать: 1) Полное сопротивление нагрузки в каждой фазе: ZA, ZB, ZC. 2) Коэффициент мощности нагрузки в фазе – cos φ: cos φА , cos φB, cos φC; угол φ: φA, φB, φC. 3) Рассчитать действующее значение тока в каждой фазе: IA , IB , IC .

4) Результаты вычислений записать в таблицу: ZA

ZB

ZC

cos φА

cos φB

cos φC

φA

φB

φC

IA

IB

IC

Изобразить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжений фаз с учѐтом фазовых сдвигов напряжений и токов. Векторным сложением токов фаз построить вектор тока для нейтрального провода. Измерить его длину на диаграмме линейкой и используя масштаб, рассчитать его числовое значение – In.

3

3. Выполнить в среде Qucs компьютерное моделирование этой цепи и сравнить показания виртуального амперметра, включенного в нейтральный провод, с результатами вычислительного эксперимента.

Показания виртуальных амперметров: Показания ампер- Показания ампер- Показания ампер- Показания амперметра Аа метра Аb метра Аc метра Аn Убедиться, что значения токов фаз нагрузки одинаковы в вычислительном эксперименте и в компьютерном моделировании.

4. Скопировать данную схему и вставить ее на новое место. Включить в каждую фазу вольтметр, промоделировать данную цепь и убедиться, что вольтметры показывают одинаковые значения.

4

5. Разорвать нейтральный провод на компьютерной модели и, измерив напряжение на фазах нагрузки, объяснить, почему такой режим является аварийным.

6. На компьютерной модели включить в каждую фазу одинаковую нагрузку (например, такую, как в фазе А) и исследовать этот симметричный режим при наличии и обрыве нейтрального провода. Убедиться, что аварийного режима в этом случае не возникает.

Контрольные вопросы 1. Какие численные соотношения существуют между фазными и линейными токами, напряжениями при соединении приемника звездой в случае симметричной нагрузки?

2. Как влияет нулевой провод на работу трехфазной цепи при асимметричной нагрузке?

3. В чем заключается преимущество трехфазного тока перед однофазным?

4. Объяснить, почему трѐхфазные двигатели допускается включать без нейтрального провода. Вывод: в данной лабораторной работе исследовались режимы работы симметричного и несимметричного потребителей электрической энергии в трехфазной цепи при соединении "звездой" при наличии и отсутствии нейтрального провода. Научились строить векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи. При отсутствии нейтрального провода, обрыв одной из фаз приведет к скачку напряжения выше допустимого, вследствие чего схема выйдет из строя.

5