Лабораторная работа 6

ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ, СОЕДИНЕННАЯ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: Изучение свойств трехфазной схемы звезда.

Основные сведения. При соединении звездой концы трех обмоток генератора объединяются в одну точку 0, а концы фаз приемника – в точку 0´, которые называют нулевыми. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и приемника, называют нулевым. Провода, соединяющие начало фаз генератора и приемника, называют линейными. По ним протекают линейные токи (I_A, I_B, I_C).

Токи, протекающие по фазам генератора или приемника, называют фазными. В схеме звезда линейные и фазные токи равны: I_Л = I_Ф. Ток в нулевом проводе определяется из уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа:I_A+ I_B+ I_C= I₀ (Рис.1). Когда фазы приемника загружены равномерно, т.е. если φ_А=φ_В=φ_С, z_А=z_В=z_С, то вектора I_A, I_B, I_C равны по величине и сдвинуты на угол 120˚. Тогда I_A+ I_B+ I_C=0. Отсюда следует, что при равномерной нагрузке фаз следует применять трёх проводную звезду, т.е. звезду без нулевого провода.

В случае неравномерной нагрузки по нулевому проводу протекает лишь небаланс токов. Поэтому сечение нулевого провода выбирают вдвое меньше сечения линейного провода (согласно ГОСТу).

Резонанс потенциалов начала и конца фазы нагрузки называют фазным напряжением приемника. Разность потенциалов линейных проводов, практически равная разности потенциалов начал фаз, называется линейным напряжением. Из этих определений следует, что линейные напряжения U_AB, U_BC, U_CA выражается через фазные напряжения U_A, U_B, U_C : Ú _AB= Ú _А- Ú _В, Ú _ВС= Ú _В- Ú _С, Ú _СА= Ú _С-Ú _А.

В звезде без нулевого провода, при равномерной нагрузке, фазные напряжения равны и сдвинуты во времени на 120˚ (см. Рис.2). Линейные напряжения равны независимо от равномерности нагрузки и всегда сдвинуты на угол 120˚. Легко показать, что при равномерной нагрузке фаз линейные напряжения в раз превышает фазные, т.е. U_Л =U_Ф.

В общем случае z_А z_В z_С, что в трех проводной звезде ведет к асимметрии звезды фазных напряжений, а потенциал нулевой точки отличен от нуля. Назначение нулевого провода при z_А z_В z_С заключается в выравнивании фазных напряжений, происходящих потому, что напряжение нейтрали U₀ компенсируется падением напряжения в нулевом проводе.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить схему, собранную на стенде. Выяснить назначение элементов схемы, приборов, расположение фаз. Обратить внимание, что токи в линиях определяются с помощью амперметров А₁ - А₄, а линейные и фазные напряжения измеряются одним вольтметром V, который включается между соответствующими точками схемы поворотом переключателя S₁. Начальная фаза напряжения определяется кратковременным нажатием кнопки фазометра φ. Напряжение сети подводится к стенду выключателем S. Нагрузками фаз приемника является активное сопротивление (лампы накаливания), включенные параллельно. Поэтому z_Ф = r_Ф, cosφ=1.

2. При разомкнутом нулевом проводе (переключатель S_N в положение «Выкл.») выполнить измерения, предусмотренные таблицей 1 в следующих режимах:

1. Равномерная нагрузка фаз r_А=r_В=r_С (выключатели S_А1, S_А2, S_А3 нагрузки в фазе А в положение «Вкл.»);

2. Уменьшенная нагрузка одной фазы (r_А>r_В=r_С), устанавливаемая выключением одной – двух ламп в фазе А.

3. Обрыв фазы (условие r_А→∞ при r_В=r_С достигается отключением всех ламп в фазе А).

4. Короткое замыкание фазы (режим r_А→0 при r_В=r_С создается соединением «накоротко» фазы А с нулевым проводом путем установки выключателя S_К в положение «Вкл.».

Таблица 1

Режимы работы

UАВ, В

φАВ

UВС, В

φВС

UСА, В

φСА

UА, В

φА

UВ, В

φВ

UС, В

φС

IA, A

IВ, A

IС, A

А) rА=rВ=rС

Б) rА>rВ=rС

В) rА→∞

Г) rА→0

2. При замкнутом нулевом проводе (выключатель S_N в положение «Вкл.») выполнить

измерения, предусмотренные таблицей 2 в следующих режимах:

1. Равномерная нагрузка фаз (r_А=r_В=r_С).

2. Уменьшенная нагрузка фазы А (r_А>r_В=r_С).

3. Обрыв фазы (r_А→∞, r_В=r_С).

2. Для всех режимов пунктов 2, 3 построить векторные диаграммы напряжений и токов.

3. Для всех режимов проверяется соблюдение равенства: .

Таблица 2

Режимы работы

UАВ, В

φАВ

UВС, В

φВС

UСА, В

φСА

UА, В

φА

UВ, В

φВ

UС, В

φС

IA, A

IВ, A

IС, A

I0, A

А) rА=rВ=rС

Б) rА>rВ=rС

В) rА→∞

Контрольные вопросы.

1. Что означают равномерная и симметричная нагрузка для трехфазной цепи?

2. Соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами в схеме звезда.

3. В чем заключаются основные достоинства схемы звезда?

4. Каково значение нулевого провода? Почему, благодаря нулевому проводу, выравниваются фазные напряжения?

5. Где применяются трех- и четырехпроводная звезда.

6. В каких режимах ? В каких режимах это равенство не имеет места и почему?

7. Пояснить построение векторных диаграмм.

Литература.

1. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Общая электротехника»

ВолгИСИ, 1975, с.39-47.

2. Электротехника / Под ред. В. Г. Герасимова - М.: Высшая школа, 1985, с.104-114, 116-118.

3. Иванов И.И., Равдоник В.С., Электротехника - М.: Высшая школа, 1984, с.61-66.

4. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Общая электротехника - М.: Высшая школа, 1974, с.128-132,139-135.

5. Касаткин А.С., Немцов М.В., Электротехника - М.: Высшая школа, 1984, с. 78-88, 90-92.