методичка по лабораторкам электротехники

Выравнивание фазных напряжений при несимметричной нагрузке является основной функцией нейтрального провода. При неравномерной нагрузке

отличается от нуля.

Рис. 4

В случае обрыва провода одной из фаз нагрузки, например, фазы А (рис. 4в.), напряжения двух других фаз нагрузки при равенстве сопротивлений RB = RC становятся равными половине линейных напряжений

UB = UC = Uл / 2.

Нулевая точка О на диаграмме оказывается смещенной на середину стороны ВС треугольника, откуда следует, что напряжение на концах

В случае короткого замыкания одной из фаз нагрузки, например, фазы А, ее напряжение равно нулю, а напряжения двух других фаз становятся равными линейным напряжениям UB = UAB , UC = UCA .

21

Нулевая точка 0 на векторной диаграмме напряжений смещена к вершине А треугольника (рис. 4г).

План работы

1. Изучить и собрать схему рис. 5.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная

2. Меняя число включенных в фазы ламп, снять показания приборов для следующих случаев.

Цепь без нейтрального провода:

1)равномерная нагрузка всех фаз;

2)неравномерная нагрузка всех фаз;

3)обрыв фазного провода и одинаковая нагрузка двух других фаз;

4)короткое замыкание одной из фаз нагрузки (начало фаз нагрузки соединяется с ее концом, нагрузка двух других фаз устанавливается одинаковой).

Цепь с нейтральным проводом:

5)неравномерная нагрузка всех фаз.

При проведении опыта измерить и записать в таблицу линейные и фазные напряжения, токи и мощность.

3. Для каждого случая по данным опыта построить векторные диаграммы напряжений.

22

Таблица

Контрольные вопросы

1.Дать определение трехфазному току.

2.Какое соединение называется «звездой»?

3.Какие напряжения считаются фазными, какие линейными?

4.Какое соотношение существует между линейными и фазными напряжениями?

5.Какая роль нейтрального провода?

6.Объяснить векторные диаграммы, соответствующие различным режимам нагрузки.

7.Каким выражением определяется мощность трехфазной системы при равномерной и неравномерной нагрузке фаз?

РАБОТА № 5

ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК (соединение приемников энергии треугольником)

Цель работы: Исследовать трехфазную цепь при соединении потребителей между токами и напряжениями; выяснить влияние неравномерности нагрузки фаз на работу приемников энергии; научиться строить векторные диаграммы.

Общие сведения

Основные характеристики и определения трехфазного тока находятся в работе № 4.

Соединение приемников энергии треугольником называется такое соединение, когда конец первой фазы соединен с началом второй фазы, конец второй фазы – с началом третьей фазы, а конец третьей фазы – с началом первой фазы (рис. 1).

23

При соединении треугольником сопротивление каждой фазы RA, RBC , RCA подключается непосредственно к соответствующим линейным проводам. Поэтому линейное напряжение можно рассматривать как фазное напряжение: UЛ = UФ .

Рис. 1

При равномерной нагрузке IЛ = 3· IФ .

При таком способе соединения нагрузок фазные токи не зависят друг от друга.

На рис. 2а показана диаграмма токов при равномерной нагрузке фаз, активная мощность при этом находится по формуле:

Р = 3 ·UЛ ·IЛ·соsφ .

Учитывая постоянство линейных и фазных напряжений (UЛ = UАВ = UBC = UCA) при неравномерной нагрузке, фазные токи определяются из соотношений:

IAB = UЛ /RAB , IBC = UЛ /RBC , ICA = UЛ /RCA .

При неравномерной нагрузке значения линейных токов могут быть найдены из уравнений, составленных по 1-му закону Кирхгофа для узлов

где IA , IB , IC – токи в линейных проводах, т.е. линейные токи равны векторной разнице двух соответствующих фазных токов.

Векторная диаграмма строится в соответствии с уравнениями с обязательным указанием масштаба (например, 2А/см). В основании диаграммы лежит треугольник линейных токов (IA , IB , IC). Из каждой вершины этого треугольника раствором циркуля, равным соответствующему фазному току (IAB, IBC, ICA) проводятся дуги, пересекающиеся в одной точке (нейтральной).

24

Если сопротивления фаз нагрузки имеют различные значения, причем RAB > RBC > RCA, то векторная диаграмма токов будет такой, как на рис. 2б.

Активная мощность, потребляемая нагрузками всех трех фаз, находится как сумма мощностей отдельных фаз:

P = UAB·IAB·cos A + UBC·IBC·cos BC + UCA·ICA·cos CA .

Для равномерной нагрузки: P=3· UЛ ·IЛ ·cosφ = 3UФ ·IФ ·cosφ . В случае обрыва одной из фаз нагрузки (например, когда IАВ = 0) и одинаковой активной нагрузки двух других фаз, ток IС не изменяется,

Векторная диаграмма токов для этого режима показана на рис. 2в.

Рис. 2

В случае обрыва линейного провода (например, провода А) или сгорания предохранителя, трехфазная цепь превращается в разветвленную однофазную цепь. При этом условия работы нагрузки фазы ВС не изменяются, нагрузки же фаз АВ и СА оказываются включенными последовательно и будут находиться под напряжением: UAB = UCA = UЛ /2.

25

треугольник является то, что при изменении сопротивления одной из фаз изменяется только ток данной фазы и линейные токи в проводах, соединенных с одной фазой. Режим работы других фаз остается неизменным.

План работы

1. Изучить и собрать схему (рис. 3).

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная

2. Меняя число включенных в фазы ламп, снять показания приборов для следующих случаев:

1) при равномерной нагрузке всех фаз;

26

2)при неравномерной нагрузке всех фаз;

3)при обрыве фазного провода;

4)при обрыве линейного провода, R AB = R BC = R CA .

3.Полученные данные внести в таблицу.

4.Для каждого случая построить по данным опыта векторную диаграмму токов.

Таблица

Контрольные вопросы

1.Что такое трехфазная цепь?

2.Какое соединение называется «соединение треугольником»?

3.Какое соотношение существует между линейными и фазными напряжениями при соединении треугольником?

4.Объясните векторные диаграммы, соответствующие различным режимам нагрузки.

5.Каким выражением определяется мощность трехфазной системы при равномерной и неравномерной нагрузке?

РАБОТА № 6

ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

Цель работы: Экспериментальное исследование повышения коэффициента мощности тока с помощью статических конденсаторов.

Общие сведения

Электроприемники промышленных предприятий требуют для своей работы как активной мощности (Р – измеряется в Ваттах, Вт), так и реактивной мощности (Q – измеряется в Вольт-Ампер-реактивная, ВАр). Реактивная мощность, как и активная, вырабатывается синхронными генераторами и передается по системе электроснабжения к потребителям и возвращается обратно генератору. Величина активной мощности,

27

отдаваемой в сеть источником трехфазного тока, определяется известным соотношением:

P 3 U I cos. 3 S cos .

Cosφ носит название коэффициента мощности: он определяет степень необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии.

Угол между векторами тока и напряжения определяет степень использования мощности источника тока. Величина полной мощности S (измеряется в Вольт-Амперах, ВА) связана с величинами активной и реактивной мощностей соотношением:

S P2 Q2 .

Снижая потребление приемниками реактивной мощности, можно уменьшить установленную мощность генератора, трансформаторную мощность подстанций, увеличивать пропускную способность системы электроснабжения, не увеличивая сечения кабелей, проводов и других токоведущих частей. Условием для этого является необходимость

повышения сosφ – I P , что приводит к экономии

3U cos

потребляемой электрической энергии, уменьшению потерь на нагревание проводников сетей и обмоток электрических машин.

Основными источниками появления реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели – на их долю приходится 65–70% реактивной мощности сети, 20–25% приходится на трансформаторы и около 10% – на линии электропередачи и другие приемники (люминесцентные лампы, реакторы, печи).

Компенсация реактивной мощности имеет большое экономическое значение. Так, увеличение коэффициента мощности на 0,01 в масштабах страны дает возможность дополнительно выработать до 500 млн. кВт·ч электроэнергии в год. Нормативное значение cosφ должно быть не менее 0,85, обычно оно поддерживается на уровне 0,9–0,95.

Рис. 1

28

На рис. 1 приведена диаграмма, иллюстрирующая работу компенсирующего устройства. При снижении потребления реактивной

мощности Q до Q – QК величина угла 1 уменьшается до 2, что приводит к увеличению коэффициента мощности при постоянной величине передаваемой активной мощности.

Способы повышения коэффициента мощности

1. Естественные:

–использование электроприемников при полной загрузке (например, при полной загрузке двигателей, при которой они имеют максимальный

сosφ);

–недопустимость режима холостого хода электрических машин и механизмов, так как при этом они имеют минимальный сosφ;

–использование оборудования и различных электроприемников с повышенным сosφ (например, замена индукционных печей спиральными, если не оговорены особые технологические условия их применения).

2. Искусственные:

–использование явления резонанса токов, поскольку он возникает при минимальном токе цепи и связан с меньшими потерями, на практике это осуществляется параллельным подключением конденсаторных установок, называемых компенсаторами реактивной мощности;

–параллельное подключение синхронных двигателей к асинхронным (синхронный двигатель своей работой повышает коэффициент мощности сети);

–использование синхронных компенсаторов (синхронных двигателей), работающих в режиме холостого хода в перевозбужденном состоянии исключительно на повышение сosφ электрической сети). Частным случаем является подключение конденсаторов к асинхронным двигателям.

Вданной работе рассматривается вопрос повышения коэффициента мощности цепи с асинхронным двигателем путем параллельного подключения к нему статических конденсаторов. Векторная диаграмма такого соединения строится относительно направления вектора входного напряжения U (рис. 2), по отношению к нему откладываются с учетом

исследован в результате построения зависимости I = (C). Изменяя величину емкости конденсатора, можно частично или полностью компенсировать индуктивную составляющую тока. При полной

29