Трехфазная электрическая цепь при соединении приемников электрической энергии звездой

Министерство образования  и науки РФ.

ФГБОУ ВПО «ИжГТУ»

Кафедра "Электротехника"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №2

«Трехфазная электрическая цепь при соединении приемников

электрической энергии  звездой »

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

Студентка гр. 5-50-12                                                                 Анисимова Н.

 

Проверила

ст. преподаватель                                                                        Тихонова Л.Я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск, 2011

Лабораторная работа №2

 

Трехфазная  электрическая цепь при соединении приемников электрической энергии звездой

Цель работы:

1. Научиться определять  порядок следования фаз в трехфазной  сети

2. Исследовать соотношения  между фазными и линейными  напряжениями и токами при  различных режимах работы цепи.

3. Построить по опытным данным векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи

4. Установить влияние  обрыва нейтрального провода  на работу трехфазной цепи, роль  нейтрального провода.

 

Таблица приборов

 

№	Прибор	Тип	Система	Класc	Предел
		прибора		точности	измерения
1	Амперметр			0,5	1 A
2	Вольтметр			1	50 B

 

Схемы:

Исследуемая цепь состоит из трех ламповых реостатов, соединенных звездой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используется в качестве неоднородного трехфазного приемника 
Таблица измерений и расчетов

 

№	Режимы работы		Измерено										Вычислено
			Ua B	Ub B	Uc B	Uab B	Ubc B	Uca B	Un B	Ia A	Ib A	Ic A	Uab	Ubc	Uca
													Ua	Ua	Ua
1	Приемники отключены	С нулевым проводом	23,4	23,8	24,0	41,6	41,7	42,0	0	0	0	0	1,78	1,78	1,79
а 2   б	Равномерная активная нагрузка	С нулевым проводом	23,5	23,7	23,8	41,5	41,5	41,8	0	0,26	0,27	0,255	1,77	1,77	1,78
		Без нулевого провода	23,8	23,5	24,1	41,7	41,6	41,9	0	0,26	0,265	0,255	1,75	1,75	1,76
а3   б	Неравномерная активная нагрузка	С нулевым проводом	23,5	23,9	23,8	41,4	41,6	41,8	0	0,79	0,54	0,255	1,76	1,77	1,78
		Без нулевого провода	17,8	24,7	30,4	41,4	41,6	41,9	6,7	0,61	0,56	0,33	2,36	2,34	2,35
а 4 б	Фаза приемника (линия) отключена	С нулевым проводом	23,6	23,6	23,9	41,4	41,6	41,8	0	0,8	0,8	0	1,75	1,76	1,77
		Без нулевого провода	20,4	20,4	36,2	41,3	41,7	42,1	11,9	0,69	0,69	0	2,02	2,04	2,06
5	Фаза «А» приемника  замкнута	Без нулевого провода	0	40,4	40,8	40,5	41,4	40,9	22,7	2,08	1,3	1,26
а 6 б	Неоднородная нагрузка	С нулевым проводом	24,0	24,1	23,6	41,8	41,8	42,2	0	0,23	0,25	0,25	1,74	1,74	1,76
		Без нулевого провода	33,0	35,7	9,0	41,8	41,8	42,3	14,8	0,32	0,37	0,1	1,23	1,23	1,28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: в ходе лабораторной работы мы определили порядок следования фаз в трехфазной сети с помощью фазоуказателя, исследовали соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при различных режимах работы цепи и построить по опытным данным векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи (таблица измеренных и вычисленных значений и векторные диаграммы представлены в отчете). А также установили роль нейтрального провода: нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки. В случае обрыва нейтрального провода при неодинаковых нагрузках в фазах фазные напряжения будут различными. Полученные экспериментальные результаты соответствуют теоретическим.

 

Ответы на вопросы:

 

1) Как получается трехфазная симметричная система ЭДС?

На статоре трехфазного генератора размещается обмотка, состоящая из трех частей (фаз). Обмотки фаз располагаются таким образом, чтобы их магнитные оси были сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 2π/3, т.е. на 120°.

При вращении ротора турбиной с равномерной  скоростью в обмотках фаз статора  индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС одинаковой частоты  и амплитуды, но отличающиеся друг от друга по фазе на 120° вследствие их пространственного смещения. Такая система ЭДС называется симметричной.

2) Как определяются токи в фазах приемника в случае неравномерной нагрузки в трехпроводной и четырехпроводной цепи?

При неравномерной нагрузке в четырехпроводной цепи ток в нейтральном проводе:

Трехфазная цепь без нейтрального провода будет трехпроводной.

При неравномерной нагрузке в трехпроводной  цепи:

Фазные токи равны линейным.

3) Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при обрыве и коротком замыкании одной из фаз приемника в трехпроводной цепи?

При коротком замыкании приемников одной из фаз (например, фазы а) в трехпроводной цепи напряжение на этой фазе рано 0. Напряжение других фаз нагрузки возрастает до напряжений генератора (в √3 раз), возрастают соответственно и токи в них. В короткозамкнутой фазе (фазе а) ток резко возрастает, и его можно определить по первому закону Кирхгофа: Ia=-Ib-Ic

При обрыве одной из фаз, например, фазы с и отсутствии нейтрального провода приемники двух других фаз оказываются включены последовательно на линейное напряжение источника. При этом ток в фазах а-х, b-y один и тот же. Фазные напряжения на них пропорциональны их полным сопротивлениям, т.е. система из трехфазной превращается в однофазную.

4) Каковы векторные диаграммы для всех рассмотренных в работе случаев?

Векторные диаграммы  для всех случаев представлены на рисунках.

5) Как с помощью фазоуказателя определить последовательность фаз трехфазного генератора?

Фазоуказатель присоединяется к трехфазной сети. Нулевой провод не подсоединяется. Если конденсатор  фазоуказателя подключен к фазе А генератора то при несимметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода  идет смещение нейтрали, и на лампах накаливания будут различные напряжения. Если лампа в фазе В горит ярко, а в фазе С – тускло, значит напряжение Ub>Uc. Фаза, в которой лампа горит ярко опережает фазу, в которой лампа горит тускло.

6) Какова роль нейтрального провода в четырехроводной трехфазной цепи?

Нейтральный провод необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки, когда сопротивления этих фаз различны. Нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Благодаря нейтральному проводу, каждая фаза нагрузки оказывается включенной на фазное напряжение генератора, которое практически не зависит от величины тока нагрузки, так как внутреннее падение напряжения в фазе генератора незначительно. Поэтому напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически неизменным при изменениях нагрузки.

Если сопротивления  фаз нагрузки будут равными по величине и однородными, то напряжения с подключенным нейтральный проводом и без него одинаковы.

7) Как определить напряжение между нейтралями в трехфазной четырехпроводной и трехпроводной цепи?

При наличии нейтрального провода с нулевым сопротивлением при любой нагрузке U_nN=0, т.е. потенциалы нейтральных точек нагрузки n и генератора N совпадают.

При отсутствии нейтрального провода и несимметричной нагрузке появляется напряжение между нейтралями U_nN. Из точек А, В, С проводят дуги радиусами Ua, Ub, Uc. Общая точка пересечения этих дуг определяет потенциал нейтральной точки нагрузки n относительно точки N генератора.

8) В чем преимущество трехфазных цепей по сравнению с однофазными?

Трехфазные системы  в настоящее время получили наибольшее распространение. На трехфазном токе работают все крупные электростанции и потребители, что связано с рядом преимуществ трехфазных цепей перед однофазными, важнейшими из которых являются: 

- экономичность передачи  электроэнергии на большие расстояния;

- самым надежным и  экономичным, удовлетворяющим требованиям  промышленного электропривода является  асинхронный двигатель с короткозамкнутым  ротором;

- возможность получения с помощью  неподвижных обмоток вращающегося  магнитного поля, на чем основана работа синхронного и асинхронного двигателей, а также ряда других электротехнических устройств;

- уравновешенность симметричных  трехфазных систем.

9) Как определяется мощность в трехфазной цепи?

  Мгновенные мощности фаз  можно определить согласно выражению:

Pф(t)=Uф(t)*iф(t)

   Суммарная мгновенная мощность  будет равна:

P=Pa+Pb+Pc

P(t)=3UфIфcosφ=3Рф=Р

   Реактивная и полная мощности  определяются:

Q=3Qф=3UфIфsinφ

S=3Sф=3UфIф

  При несимметричной  нагрузке  суммарные мощности определяются  как алгебраические суммы мощностей отдельных фаз.  Активная мощность трехфазного приемника  равна сумме активных мощностей фаз и аналогично для реактивной. Полная мощность трехфазной цепи будет равна:

S=Sa+Sb+Sc=UaIa+UbIb+UcIc=√P²+Q²