Лабораторная работа №4

Тема: Исследование трехфазной цепи при присоединении фаз нагрузки треугольником

Цель работы: а) ознакомиться с трехфазной цепью переменного тока и ее основными режимами работы при соединении фаз нагрузки треугольником;

б) ознакомиться с методикой построения некоторых диаграмм для различных режимов в данной цепи;

в) изучить методику измерения активной мощности и трехпроводной трехфазной цепи при соединении фаз нагрузки треугольником.

Пояснение к работе

Рисунок 1.4

Для соединения фаз нагрузки треугольником конец первой фазы (х) соединяют с началом второй (b), конец второй

(y) – с началом третьей (с) и конец третьей (z) – с началом первой (a) (рис. 13). Начала фаз присоединяют к проводам, идущим к соответствующим фазам питающей сети. Эти провода

называются линейными, а токи в них I , I , I – линейными токами. Токи I_ab , I_bc , I_ca

в сопротивлениях b нагрузки называются фазными.

При соединении треугольником линейные напряжения U_ab , U_bc , U_ca , т.е. напряжения между началами двух фаз или между двумя линейными проводами одновременно являются и фазными, поэтому U_Л=U_Ф . Электрическое состояние цепи описывается законами Ома и Кирхгофа:

В соответствии с приведенными уравнениями строится векторная диаграмма. Построение векторной диаграммы начинают с симметричной системы напряжений. С учетом характера нагрузки относительно векторов напряжений откладывают векторы соответствующих фазных токов. Линейные токи получают графически по первому закону Кирхгофа.

Рисунок 2.4

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, на котором собирается требуемая опытом схема. В качестве нагрузки используются резисторы. Для измерения напряжений и токов используются мультиметры или виртуальными приборами, переключая их из одной фазы в другую.

Вычисления

Вывод: Ознакомились со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы. Записали их в основные технические данные.

Собрали схему, включив нагрузку треугольником.

Произвели опыт и, устанавливая нагрузку фаз с помощью резисторов, сняли показания приборов для следующих случаев:

а) при симметричной нагрузке всех фаз ( Ra =1 кОм,

Rb =1 кОм, Rс =1 кОм);

б) при обрыве фазного провода и симметричной нагрузке двух других фаз;

в) при обрыве линейного провода и симметричной нагрузке всех фаз;

г) при несимметричной нагрузке всех фаз

( Ra =1 кОм, Rb =680 Ом, Rс =330 Ом).

Л абораторная работа №5

Тема: Исследование катушки с

ферромагнитным сердечником

Цель работы: а) ознакомиться с особенностями работы катушки с ферромагнитным сердечником в цепях переменного тока при синусоидальном напряжении;

б) снять вольт-амперную характеристику катушки при намагничивании ее сердечника переменным током;

г) освоить методику построения векторной диаграммы и определения параметров схем замещения;

Пояснения к работе

Цепи переменного тока с ферромагнитными элементами находят широкое распространение. Наиболее простой пример такой цепи – это катушка со стальным сердечником. Такой катушкой является трансформатор при разомкнутом контуре нагрузки. Развитие техники обусловило появление большого числа весьма сложных устройств, в которых используются катушки с сердечниками различной формы и размеров (трансформаторы, электрические машины, измерительные приборы и так далее). В качестве материала для сердечника, на ряду со сталью, применяются и другие специальные ферромагнитные материалы с различными зависимостями В(Н) (например ферриты). При включении катушки с сердечником в цепь переменного тока основной (рабочий) магнитный поток Ф замыкается по сердечнику. Этот поток сцепляется со всеми w витками катушки и создает рабочее потокосцепление ψ=wФ.

Меньшая часть линий общего магнитного поля замыкаются в основном по воздуху. Это поле создает свое потокосцепление, которое называется потокосцеплением рассеяния и обозначается ψd . Действие этих потокосцеплений удобно рассматривать отдельно, поэтому предполагают, что реальная катушка с сердечником как бы состоит из двух последовательно соединенных катушек (рис. 1.5). Первая из них является линейной катушкой с активным сопротивлением r и индуктивностью Ld, а вторая - идеализированной с числом витков w, активное сопротивление которой равно нулю, потери в сердечнике учитываются ветвью с проводимостью g0.

Магнитный поток этой катушки замыкается только по сердечнику. Отличительной особенностью катушки с ферромагнитным сердечником по сравнению с катушкой, помещенной в немагнитную среду (например, воздух), является то, что между индукцией В и напряженностью поля H в сердечнике существует нелинейная зависимость, которая характеризуется динамической петлей перемагничивания, обусловленной потерями от гистерезиса и вихревых токов (потерями в сердечнике).

Нелинейная зависимость между В и H (в другом масштабе между ψ и i) усложняет расчеты, поэтому иногда вводят ряд допущений, упрощающих рассмотрение явлений, и определяют основные величины, характеризующие данную цепь, пренебрегая теми величинами, которые не оказывают существенного влияния на процесс в рассматриваемом режиме.

Рисунок 1.5

Рисунок 2.5

Например, в некоторых случаях предполагают связь между В и H линейной, но учитывают потери в сердечнике, и других случаях пренебрегают потерями в сердечнике, но учитывают нелинейную связь между В и H. в последнем случае при синусоидальном напряжении кривая тока становится

несинусоидальной. Это чрезвычайно затрудняет анализ электромагнитных процессов в катушке с сердечником, так как невозможно использовать символический метод для расчета и строить векторные диаграммы. Обычно реально несинусоидальный ток катушки с сердечником заменяют эквивалентным ему синусоидальным. Тогда можно записать уравнение электрического состояния реальной катушки с сердечником в комплексной форме:

U   E jx_d I  R I

Этому уравнению соответствует схема замещения и векторная диаграмма, представленные на рис. 2.5 и рис. 3.5

Рисунок 3.5

На практике применяется и другая схема замещения (рис.17). Параметры этой схемы замещения можно определит по следующим формулам:

Z=U/I – полное сопротивление катушки с сердечником, где U – приложенное напряжение, В; I -общий ток в цепи, А.

- общее активное сопротивление цепи, где - магнитные потери (потери в сердечнике); - электрические потери;

- активное сопротивление обмотки катушки; - общее реакивное сопротивление цепи, где - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком рассеяния ;

- индуктивное сопротивление, обусловленное основным (рабочим) магнитным потоком Ф, активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, определяется суммой электрических потерь в обмотке и магнитных потерь в сердечнике:

Отсюда мощность магнитных потерь

Реактивная мощность катушки

Приборы и оборудование

В работе используется универсальный стенд, трансформатор, виртуальные приборы: амперметр, вольтметры, ваттметр.

Для упрощения расчетов рекомендуется использовать трансформатор с одинаковым числом витков первичной и вторичной обмоток. Номинальные параметры этих обмоток приведены в таблица 1.5.

таблица 1.5

Электрическая схема собирается в соответствии со схемой с помощью проводов на наборной панели.

Рисунок 4.5

Вычисления

Вывод: ознакомились со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы, записали число витков W исследуемой катушки и ее активное сопротивление R по табл. 1.5.

Собрали цепь и показали ее преподавателю.

Поставили потенциометр «ЧАСТОТА» в положение минимальной частоты.

Произвели опыт, для чего потенциометром «АМПЛИТУДА» изменяли напряжение на катушке от нуля до 10 В и записали 6-8 отсчетов. Данные занесли в табл.