Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Соединение трехфазной цени звездой

.doc
Скачиваний:
25
Добавлен:
08.02.2016
Размер:
1.9 Mб
Скачать

Работа 10

Соединение трехфазной цени звездой

  1. Цель работы

Целью работы является исследование трехфазной цепи при соединении приемников энергии звездой с нейтральным проводом и без него при питании их от симметрической трехфазной системы напряжения.

  1. Методические указания.

Приготовление к выполнению работы не обходимо :

  1. Проработать описание данной работы и порекомендованной литературе изучить симметрический и несимметрический режимы работы трехфазной цепи при соединении звездой с нейтральным проводом и без него, роль нейтрального провода в работе трехфазной цепи .

  2. Вычертить схему для проведения эксперимента и подготовить таблицы для записи данных электроизмерительных приборов и результатов эксперимента.

При соединении трехфазной цепи звездой (фиг.10.1.) все три фазы генератора или приемника соединяют в одной точке, называемой нулевой точкой или нейтралью генератора или приемника соответственно. Провод, соединяющий нейтрали генератора 0 и приемника 0’, называют нейтральным или нулевым проводом. Остальные три провода, соединяющие генератор с приемником , называют линейными проводами.

Токи протекающие в линейных проводах, называются линейными и обозначаются IA ,IB,IC или IЛ.

Токи протекающие в фазах генератора или приемника, называются фазными IФ.

В трехфазной цепи при соединении звездой линейные токи равны фазным IЛ = IФ.

Ток в нейтральном проводе определяется по первому закону Киргофа: İNАВС.

Напряжение между линейными проводами называются UАВ,UВС,UСА или UЛ.Напряжение на фазах генератора или приемника называются фазными и обозначаются UА,UВ,UС или UФу генератора, и U’А,U’В,U’С у приемника.

Трехфазные приемники называется симметричными, если равны комплексы полных сопротивлений всех его фаз т.е.

ŻАВС.

Векторная диаграмма напряжений и токов при симметрической системе приложенных напряжений генератора с прямим порядком чередования фаз А,В,С и симметричной активной нагрузке изображено на фиг. 10.2

Векторные диаграммы для отдельных режимов удобно строить следующим образом:

-выбирается масштаб напряжений и токов ;

-откладывается вектор ВС, равный линейному напряжению UВС, например, горизонтально, и из точек В и С засечками тем же вектором ВС определяется положение точки А ; соединяя ее прямыми с точками В и С – получим треугольник линейных напряжений UАВ,UВС,UСА;

-из вершины А (фиг. 10.2) делается засечка радиусом, равным фазному напряжению UА.Из вершин В и С делаются засечки соответственно радиусами, равными UВ и UС.Точка пересечения засечек дает нейтральную точку 0;

-от точки 0 откладываются векторы фазных токов, совпадающие по направлению с векторами фазных напряжений.

В симметрическом режиме трехфазной цепи при соединении звездой соблюдается следующее соотношение между модулями линейных и фазных напряжений: .

При симметричном режиме ток в нейтральном проводе отсутствует IN=0 (фиг. 10.2) и нейтральный провод не нужен.

При несимметрическом режиме цепи нейтральный провод, сопротивлением которого пренебрегают (ZN=0), обеспечивает независимую работу фаз, т.е. изменение тока в одной из фаз приемника не влияет на режим работы других фаз, так как на фазах приемника поддерживаются напряжения, равные напряжениям на фазах генератора. На векторной диаграмме точки 0 и 0’ совпадают (фиг.10.3.), ток в нейтральном проводе определяется геометрическим суммированием векторов токов в фазах.

При обрыве нейтрального провода ) или если нельзя пренебречь его сопротивлением между нулевыми точками генератора и приемника существует напряжение смещения нейтрали:

где --комплексы полных проводимостей фаз приемника и нейтрального провода.

Напряжение на фазах в этом случае на равны напряжением на фазах генератора , а определяются из следующих соотношений :

, ,

На векторной диаграмме в этом случае (фиг.10.4) точка 0’смещается по отношению к точке 0 вектором (при построении векторной диаграммы точка 0’ определяется засечками из точек А,В,С соответствующими векторами ).

, то векторы токов будут совпадать с векторами фазных напряжений; их мы отложим от точки 0’.Ток в нейтральном проводе будет равен нулю, что видно из геометрического суммирования векторов токов фаз.

Таким образом, обрыв нейтрального провода, при несимметричной нагрузке фаз, вызывает изменение токов и напряжений в отдельных фазах трехфазной цепи, что недопустимо по условию эксплуатации; поэтому в нулевой провод не когда не ставят предохранитель.

При обрыве фазы С (фиг.10.5) фазы А и В окажутся включенными последовательно под линейное напряжение UЛ (фиг.10.6).Ввиду равенства сопротивления в фазах А и В их фазные напряжения будут равны между собой и равны половине линейного напряжения, т. е.

Нейтральная точка приемника переместится в точку 0’, смещение нейтрали будет половине фазного напряжения, т. е.

Токи в фазах А и В уменьшаются и будут равны друг другу:

Таким образом, при обрыве одной из фаз лампы в двух других фазах будут гореть темнее.

При коротком замыкании фазы С (фиг.10.7), ее сопротивление равно нулю, а следовательно станет равным нулю и напряжение фазы С

В этом случае цепь становится как бы двухфазной и напряжения фаз А и В возрастают до величины линейного напряжения, т. е.

Нейтральная точка приемника 0’ на векторной диаграмме переместится в точку С (фиг. 10.8), и смещение нейтрали станет равным по величине фазному напряжению генератора

Токи фаз А и В звеличаться и при будет равны друг другу, т. е.

В фазе С ток будет равен . Из рассмотрения векторной диаграммы (фиг. 10.8) получим

Таким образом, при коротком замыкании одной из фаз лампы в двух других фазах будут гореть ярче, если они были взяты на линейное напряжение; в противном случае лампы перегорят.

Литература

  1. Л.Р. Нейман и К.С. Демерчан. Теоретические основы электротехники. Т.І. Энергия. 1966. §7 – 1,7 – 2.

  2. Г. В. Зевеке, П.А. Ионкин, А. В. Нетушин, С.В. Страхов. Основы теории цепей. ГЭИ. 1963. §13 – 2, 13 – 4, 13 – 7.

  3. Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. В. Ш. М. 1964. §131–137, 140.

3. Описание лабораторной установки

Для исследования трехфазной цепи при соединении звездой с нейтральным проводом и без него собирается цепь, схема которой изображена на фиг. 10.9.

Приемником в исследуемых цепях служит трехфазный ламповый реостат, состоящий из трех групп ламп, по одной группе на фазу, соединенных в общую точку – нейтраль 0’ приемника. В каждой группе предусмотрены выключения для ступенчатой регулировки нагрузки.

На схеме каждая фаза лампового реостата условно обозначена тремя лампами.

Исследуемая цепь подключается автоматом «Выкл» к сети трехфазного переменного тока напряжением 127/220В с частотой 50Гц, причем нейтральный провод при включениях и отключениях автомата не разрывается.

Включение и отключение нейтрального провода осуществляется однополюсным рубильником Р.

Измерение напряжения производится переносны вольтметром, к зажимом которого присоединяют два проводника. Для измерения фазного напряжения, например, UА , необходимо концами проводов, присоединенных к вольтметру, коснутся точек a и n, а для измерения линейного напряжения, например, UАВ необходимо приложить концы проводов к точкам a и b. Остальные напряжения измеряются аналогично.

4. Задание и порядок выполнения работы

1. Определить порядок чередования фаз с помощью фазоуказателя.

Фазоуказатель по принципу действия является миниатюрным асинхронным двигателям с тремя зажимами А,В,С. Этими зажимами нужно подключить его к зажимам а, в, с щитка питающей сети (фиг.10.9), включить автомат «Выкл», а затем кратковременно нажать на кнопку фазоуказателя. Если диск фазоуказателя будет по часовой стрелке, то порядок чередования фаз прямой –А, В, С.

Если же диск фазоуказателя вращается против часовой стрелки (обратный порядок чередования фаз), то следует поменять местами любые два конца проводов питающей сети.

1.В работе пользуется прямим порядком чередования фаз А, В, С , к которым подключается нагрузка.

2. Собрать электрическую цепь, схема которой изображена на фиг.10.9.

3.Включить автомат «Выкл» и изменить фазные и линейные напряжения сети питания. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица1.

UA

UB

UC

UAB

UBC

UCA

В

В

В

В

В

В

4.Установить симметрическую нагрузку во всех фазах приемника(например, в каждой фазе включить по пять ламп одинаковой мощности). Включить автомат «Выкл», произвести измерения величин, указанных в таблице 2 , с нейтральным проводом и без него (при отключенном рубильнике Р). Результаты измерений записать в таблицу 2.

Таблица 2.

Режим

Измерения

IA

IB

IC

IN

U’A

U’B

U’C

UN

A

A

A

A

B

B

B

B

Симметричная

нагрузка

с нейтральным проводом

без нейтрального провода

Несимметричная

нагрузка

с нейтральным проводом

без нейтрального провода

Обрыв фазы

с нейтральным проводом

без нейтрального провода

К.З.фазы

без нейтрального провода

5. Установить не симметричную нагрузку фаз, например, например, в первой фазе оставить включенной пять ламп, по второй – три и в третьей одну. Включить автомат «Выкл», произвести измерения с нейтральным проводом и без него (при отключенном рубильнике Р). Результаты измерений записать в таблицу 2.

Обратить внимание на яркость горения ламп при включенном и отключенном нейтральном проводе. Убедится, что отсутствии нейтрального провода изменение нагрузки одной из фаз влечет за собой изменение режима работы в двух других фазах.

6. Включить все лампы в одной из фаз приемника – осуществить обрыв фазы (холостой ход); в двух других фазах нагрузку оставить симметричной. Включить автомат «Выкл», произвести измерения с нейтральным проводом и без него (при отключенном рубильнике Р). Результаты измерений записать в таблицу 2.

При проведении эксперимента обратить внимание на яркость горения ламп в первом и втором случаях.

7. Осуществить режим короткого замыкания одной из фаз. Установить нагрузку на фазах по две лампы. Закоротить одну из фаз приемника, присоединив проводник к зажимам 0’ и началу фазы лампового реостата. Разорвать нейтральный провод, отключить рубильник Р.

Включить автомат «Выкл» ,произвести измерения и результаты измерений записать в таблицу 2.

8. По данным таблиц 1 и 2 построить векторные диаграммы напряжений и токов для симметричного и несимметричного режимов трехфазной цепи с нейтральным проводом. Графически определить ток в нейтральном проводе IN и сравнить его с измеренным значением.

9. По данным таблицы 1 и 2 построить векторные диаграммы напряжений и токов для трехфазной цепи без нейтрального провода. На векторной диаграмме показать расположение нейтральной точки 0’ приемника для случаев симметрической и несимметрической нагрузки, включая и режим холостого хода и короткого замыкания.

Графически определить напряжение UN и сравнить его с измеренным.

В выводах по результатам эксперимента, в частности, указать роль нейтрального провода.

Контрольные вопросы к работе 10

  1. Какова цель работы?

  2. Какое соединение трехфазной цепи называется звездой? Изобразите схему этого соединения.

  3. Какая нагрузка трехфазного приемника называется симмет­ричной?

  4. Какое напряжение называется фазным и линейным? Каково соотношение; между этими напряжениями в трехфазной цепи, соединенной звездой?

  5. Какой ток называется фазным линейным ? Каково соотношение между этими токами в трехфазной цепи, соединенной звездой ?

  6. Как определить порядок чередования фаз ?

  7. Чему равен ток в нейтральном проводе несимметрической нагрузки фаз ?

  8. В каких случаях существует напряжение смещения нейтрали ? Как аналитически определить это напряжение ?

  9. Какова роль нейтрального провода ?

  10. К чему приводит изменение сопротивлений любой из фаз трехфазного приемника, соединенного звездой без нулевого провода ?

  11. По каким формулам определяются напряжения на фазах приемника несимметрической нагрузке фаз при отсутствии нейтрального провода ?

  12. Три ламповых реостата одинаковой мощности соединены звездой без нейтрального провода. Чему будет равно смещение нейтрали, если перегорит предохранитель в одной из фаз (показать с помощью векторной диаграммы и аналитически)?

  13. Три ламповых реостата одинаковой мощности соединены звездой без нейтрального провода. Чему будут равны напряжения первой и второй фаз, если перегорит предохранитель в третьей фазе ?

  14. Расскажите порядок построения векторных диаграмм.

  15. Постройте векторную диаграмму напряжения и токов для несимметричного режима цепи при наличии нейтрального провода.

  16. Постройте векторную диаграмму напряжения и токов для несимметричного режима цепи при отсутствии нейтрального провода.

  17. Постройте векторную диаграмму напряжения и токов при обрыве одной из фаз цепи.

  18. Постройте векторную диаграмму напряжения и токов при коротком замыкании одной из фаз цепи.

  19. Три ламповых реостата одинаковой мощности соединены звездой без нейтрального провода. Чему будут равны напряжения первой и второй фаз при коротком замыкании третьей фазы?

  20. Три ламповых реостата одинаковой мощности соединены звездой без нейтрального провода. Чему будет равно смещение нейтрали при коротком замыкании одной из фаз (показать с помощью векторной диаграммы и аналитически)?

  21. Почему нельзя установить предохранитель в нейтральном проводе ?

  22. Объясните построение векторных диаграмм, приведенных в отчете по работке ?

  23. Возможно ли питать осветительную нагрузку без нейтрального провода ?