Лабораторная работа №8 Трехфазная цепь при соединении приемников звездой

Цель работы:изучение и экспериментальное исследование трехфазной цепи при соединении приемников фаз звездой.

Общие сведения

При соединении фаз нагрузки трехфазного потребителя звездой (рис. 8.1) по линейным проводам текут те же токи, что и в фазах нагрузки:

.

(8.1)

При этом по первому закону Кирхгофа для нейтральной точки nприемника можно записать:

.	(8.2)
Рис. 8.1

Между линейными и фазными напряжениями потребителя независимо от величины и характера сопротивлений его фаз, а также от того, имеется или отсутствует нейтральный провод, существуют соотношения:

.

(8.3)

В случае симметричной нагрузке (Z_a=Z_b=Z_c) фазные напряжения потребителя равны фазным напряжениям генератора. При этом между линейными и фазными напряжениями нагрузки выполняется соотношение:

.

(8.4)

При несимметричной нагрузке (Z_a Z_b Z_c) при отсутствии нейтрального провода или при наличии нейтрального провода с большим сопротивлениемZ_Nмежду нейтральными точками генератораNи приемникаnвозникает так называемое напряжение смещения нейтрали, которое определяется выражением:

,

(8.5)

где фазные ЭДС генератора;

комплексы полных проводимостей фаз приемника и нейтрального провода соответственно.

При отсутствии нейтрального провода .

Очевидно, что при несимметричной нагрузке, при наличии напряжения , напряжения на фазах приемника уже не составляют симметричной системы и не равны по значениям:

.

(8.6)

Следовательно, наличие нейтрального провода обеспечивает эффект выравнивания напряжений на фазах приемника. При этом, чем больше несимметрия нагрузки, тем больше значение уравнительного тока в нейтральном проводе, определяемое выражением (8.2).

На рис. 8.2 представлена векторная диаграмма цепи рис. 8.1 при несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода. Векторы фазных токов проведены из точкиnпод углами к векторам соответствующих фазных напряжений на приемнике (), определяемыми характером нагрузки в фазах:

.

(8.7)

Мощность, потребляемая всей цепью при несимметричной нагрузке, определяется выражением:

(8.8)

При симметричной нагрузке мощность, потребляемая цепью, так же, как и при соединении звездой, может быть определена как утроенная мощность одной фазы:

(8.9)

Программа работы

1. Установить в фазы приемника схемы рис. 8.1 симметричную нагрузку, параметры которой были определены в лабораторной работе №7. Исследовать поведение цепи при отключенном нейтральном проводе. Результаты измерений занести в табл. 8.1.

Примечание.Напряжения на фазах приемника и напряжение смещения нейтрали (U_a,U_b,U_c,U_N) измеряются при помощи переносного вольтметра В7–40; остальные величины измеряются комплектом К540.

Таблица 8.1

Характер нагрузки

Измеряемые величины

ЕА,В

ЕВ,В

ЕС,В

IА,A

IВ,A

IС,A

PА,Вт

PВ,Вт

PС,Вт

Ua,B

Ub,B

Uc,B

UN,B

Симметричная без нулевого провода

Несимметричная с нулевым проводом

Несимметричная без нулевого провода

2. Включить в фазы нагрузки несимметричные приемники с параметрами, рассчитанными в лабораторной работе №7. Исследовать поведение цепи при наличии нулевого провода. Записать результаты в таблицу 8.1.

3. Повторить опыт при отключенном нейтральном поводе и несимметричной нагрузке; результаты занести в таблицу 8.1.

4. Для каждого случая, указанного в табл. 8.1, по известной величине трехфазной симметричной системы ЭДС и параметрам схем замещения фаз нагрузки рассчитать напряжения на фазах приемника, напряжение смещения нейтрали , фазные токи, мощности отдельных фаз и цепи в целом. Построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений по результатам расчетов.

5. Сравнить полученные результаты расчета с напряжениями на фазах нагрузки, напряжением смещения нейтрали , фазными токами, мощностями фаз и всей цепи, определенными экспериментально.

Содержание отчета:

– схема рис. 8.1

– таблица 8.1

– расчеты и графические построения согласно п.п. 4, 5 программы работы

– выводы

Рис. 8.2

Варианты заданий

Таблица 8.2

№ варианта	Несимметричная нагрузка в фазах
	А	В	С
1	R = 50 Ом	С = 40 мкФ	L1
2	L1	R = 50 Ом	С = 50 мкФ
3	С = 70 мкФ	L1	R = 50 Ом
4	R = 50 Ом	L1	С = 90 мкФ
5	R = 50 Ом	С = 100 мкФ	L1
6	R = 50 Ом	С = 120 мкФ	L1

Контрольные вопросы

1. Чем отличается симметричная нагрузка от несимметричной?

2. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями для симметричной системы при соединении приемников звездой?

3. Какова роль нулевого провода в четырех проводной трехфазной цепи? Почему в нейтральном проводе недопустима постановка предохранителей?

4. Как определить силу тока в нулевом проводе, если известна сила тока в каждой из фаз?

5. Как влияют при соединении приемников звездой без нейтрального провода короткое замыкание или отключение приемников в одной из фаз на напряжение и токи в других фазах?

6. Докажите, что при переключении фаз приемника со звезды на треугольник при том же линейном напряжении потребляемая цепью мощность возрастает втрое.