- •Часть 2
- •Омский государственный университет путей сообщения
- •Часть 2
- •Омск 2007
- •1.1. Основные теоретические положения
- •1.2. Схема проведения испытаний
- •1.3. Порядок выполнения работы
- •1.4. Обработка результатов опыта
- •1.5. Контрольные вопросы
- •2.1. Основные теоретические положения
- •2.2. Схема проведения испытаний
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •2.4. Обработка результатов опыта
- •2.5. Контрольные вопросы
- •3.1. Основные теоретические положения
- •3.2. Схема проведения испытаний
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •3.4. Обработка результатов опыта
- •3.5. Контрольные вопросы
- •4.2. Схема проведения испытаний
- •4.3. Порядок выполнения работы
- •4.4. Обработка результатов опыта
- •4.5. Контрольные вопросы
- •5.1. Основные теоретические положения
- •5.2. Порядок выполнения работы
- •5.3. Обработка результатов опыта
- •5.4. Контрольные вопросы
- •6.1. Основные теоретические положения
- •6.2. Описание схемы установки
- •6.3. Порядок выполнения работы
- •6.4. Обработка результатов опыта
- •6.5. Контрольные вопросы
- •Часть 2
- •Редактор т. С. Паршикова
- •Редакционно-издательский отдел ОмГупСа
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
2.4. Обработка результатов опыта
1) Построить векторные диаграммы напряжения и токов для шести случаев нагрузки.
2) Рассчитать коэффициент мощности =P/UI для всех случаев нагрузки, а также определить угол между вектором напряжения и вектором тока неразветвленной части цепи, пользуясь векторными диаграммами напряжения и токов.
3) Подбором емкости добиться резонанса токов. Получить осциллограммы тока и напряжения при резонансе с использованием электронного осциллографа, приложить их к отчету.
4) Построить упрощенные векторные диаграммы напряжения и токов в следующем порядке (рис. 4):
а) в выбранном масштабе для напряжения начертить вектор напряжения, совпадающий с осью абсцисс;
б) из начала вектора напряжения отложить в выбранном масштабе для тока вектор тока в активном сопротивлении, совпадающий с ним по направлению;
в) из конца вектора под углом отложить вектор тока в конденсаторе ;
г) из начала вектора сделать засечку радиусом, равным общему току;
д) из конца вектора сделать вторую засечку радиусом, равным току в катушке индуктивности;
е) соединить начало координат и конец вектора с точкой пересечения полученных засечек соответственно векторамии.
Угол между вектором напряжения и вектором общего тока и есть угол сдвига фаз между током и приложенным напряжением.
2.5. Контрольные вопросы
1) Что является основным признаком наличия резонанса токов в разветвленной цепи?
2) Как может быть достигнут резонанс токов при заданной частоте?
3) Как применяется явление резонанса токов на практике?
4) Как строятся векторные диаграммы токов и напряжений?
5) Как определить режим резонанса токов по показаниям приборов?
Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ АКТИВНЫХ НАГРУЗОК ЗВЕЗДОЙ И
ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Цель работы: установить соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами для нагрузок, включенных звездой, при различных режимах работы; выяснить назначение нулевого (нейтрального) провода в этих режимах; установить соотношения между напряжениями, линейными и фазными токами для нагрузок, включенных треугольником, при различных режимах работы; построить по опытным данным векторные диаграммы напряжений и токов трехфазной цепи; подсчитать мощность, потребляемую нагрузкой, при соединении звездой и треугольником 1, с. 111 – 118; 2, с. 125 – 137.
3.1. Основные теоретические положения
Трехфазная сеть, как правило, представлена симметричными, т. е. равными по абсолютному значению напряжениями со взаимным сдвигом по фазе на 120.
Для включения электроприемников (нагрузки) в сеть трехфазного тока их соединяют звездой или треугольником.
При включении нагрузки звездой (рис. 5) концы фаз, соединенные вместе, образуют нулевую точку, к которой может быть подключен провод, называемый нейтральным. В этом случае имеем четырехпроводную схему, в которой к потребителю подводятся линейные и фазные напряжения сети (если пренебречь сопротивлением соединительных проводов):
; (23а) |
. (23б) |
В общем случае линейные напряжения ,,связаны с фазными,,следующими уравнениями:
(24) |
При соединении нагрузки звездой ток в подводящих проводах будет одновременно и током фазы:Iл = Iф.
Если сопротивления нагрузки отдельных фаз равны между собой, т. е. za = zb = zc, то такая нагрузка называется равномерной, тогда для линейных и фазных напряжений имеет место следующее соотношение: .
Векторная диаграмма напряжений и токов при равномерной активной нагрузке, соединенной звездой, представлена на рис 6, а
При равномерной нагрузке фаз сумма мгновенных значений тока всех фаз или геометрическая сумма векторов каждого тока равна нулю. Ток в нулевом проводе будет отсутствовать, следовательно, при равномерной нагрузке нет необходимости его подключать. Схема в этом случае становится трехпроводной.
а б
Рис. 6. Векторные диаграммы напряжений и токов при равномерной (а) и
неравномерной (б) активной нагрузке фаз, соединенных звездой с
нулевым проводом
Неравномерная нагрузка, соединенная звездой, обычно подключается по четырехпроводной схеме, т. е. с нулевым проводом, так как при наличии нулевого провода, обладающего малым сопротивлением, неравномерная нагрузка не приводит к значительному изменению фазных напряжений.
Можно считать, что фазные напряжения при неравномерной нагрузке остаются такими же, как и для случая равномерной нагрузки:
. (25)
По нулевому проводу будет протекать уравнительный ток I0, при этом сумма всех токов .
Векторная диаграмма при неравномерной нагрузке фаз, соединенных звездой с нулевым проводом, представлена на рис. 6, б.
Отсутствие нулевого провода при неравномерной нагрузке нарушает нормальный режим работы установки. Фазные токи изменяются и устанавливаются так, чтобы их сумма была равна нулю. В результате этого происходит искажение симметрии фазных напряжений: фаза с меньшим сопротивлением оказывается по сравнению с нормальным под сниженным напряжением, а с большим сопротивлением – под повышенным.
Векторная диаграмма при отсутствии нулевого провода и неравномерной нагрузке представлена на рис. 7.
Мощность, потребляемая нагрузкой, для любого режима
, (26)
где ,, мощность фаз A, B, C.
Активная мощность каждой фазы
. (27)
При включении потребителей треугольником (рис. 8) фазные нагрузки подключаются на линейные напряжения, а поэтому фазные напряжения равны линейным: .
Линейный ток каждой фазы равен разности токов примыкающих фаз (геометрическая разность векторов фазных токов):
; (28)
; (29)
. (30)
Векторная диаграмма напряжений и токов при равномерной активной нагрузке представлена на рис. 9. В этом случае линейные и фазные токи связаны между собой соотношением:
. (31)
При неравномерной нагрузке фаз соотношение (31) нарушается. Векторная диаграмма токов становится несимметричной (рис. 10), т. е. линейные провода загружаются неодинаково. Например, изменение нагрузки в одной из фаз влияет на изменение двух линейных токов и не влияет на величины фазных напряжений и токов двух других фаз, а также третьего линейного тока.
Рис. 9. Векторная диаграмма напряжений и токов при равномерной нагрузке
|
Рис. 10. Векторная диаграмма напряжений и токов при неравномерной нагрузке |
При обрыве одного из линейных проводов, например С (рис. 11, а), нормальный режим работы установки нарушается. Потребители фазы А будут находиться под нормальным фазным напряжением Uф, а потребители фаз В и С окажутся последовательно соединенными и будут питаться от этого же напряжения. В этом случае линейный ток равен току по первому закону Кирхгофа:
, (32)
так как .
В данном режиме работы трехфазной цепи соотношение токов ив обеих ветвях будет обратно пропорционально сопротивлениям этих ветвей:
, (33)
если , то фазный токбудет в два раза больше фазного тока.
Фазное напряжение по-прежнему будет равно линейному , а фазные напряжения и будут равны между собой и равны половине линейного (при = ) (рис. 11, б).
Мощность, потребляемая симметричной нагрузкой при соединении звездой и треугольником, определяется по одним и тем же формулам:
(34)
или
.(35)
а б
Рис. 11. Схема (а) и векторная диаграмма напряжений и токов (б) при обрыве
линейного провода