Контрольные вопросы

1. Какие два вида напряжений и токов различают в трехпроводных электрических цепях?

2. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и линейными и фазными токами при соединении приемников звездой?

3. Как в четырехпроводной линии опытным путем определить линейные и нейтральные провода при наличии вольтметра?

4. Какие виды нагрузок в трехфазной электрической цепи вы знаете?

5. Какое назначение имеет нейтральный провод? Почему в нейтральный провод не ставят плавкий предохранитель?

6. Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричной и несимметричной нагрузке?

7. Как изменится режим работы трехфазной цепи (со­единение приемников звездой) при обрыве одной из фаз?

8. Как изменится режим работы трехфазной цепи (со­единение приемников звездой) при коротком замыкании одной из фаз?

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.

2. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Энергия, 1973.

3. Общая электротехника под ред. Блажкина. - Л.: Энергия, 1979.

4. Евсюков А.А. Электротехника. – М.: Просвещение, 1979.

5. Электротехника под ред. Шихина А.Я. – М.: Высшая школа, 2001.

6. Попов В.С, Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия,1976.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002.

8. Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Цель работы:

1. Исследовать трехфазную цепь переменного тока при соеди­нении потребителей (приемников) треугольником.

2. Определение соотношения фазных и линейных токов опытным путем.

3. Построение векторных диаграмм для трехфазной электрической цепи при соединении потребителей треугольником.

Необходимые приборы и оборудование:

Стенд с:

1. Источником трехфазного напряжения.

2. Амперметром.

3. Вольтметром.

4. Набором сопротивлений.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Фазы обмоток трехфазного генератора могут быть соединены в «звезду» или в «треугольник». При соединении фаз генератора в треугольник нагрузку подключают к его вершинам (рис. 37):

Рис. 37. Соединение «звездой» обмоток трехфазного генератора

При этом линейные и фазные ЭДС оказываются равными: .

Такое соединение возможно лишь при симметричном источнике. В этом случае фазы образуют замкнутый контур, ток в котором отсутствует. Практически невозможно выполнить все обмотки одинаковыми, т.е. система ЭДС всегда несимметрична. В ней появляется уравнительный ток, что нежелательно. Поэтому обмотки генератора, как правило, соединяют «звездой».

На практике обычно задается значение линейного напряжения источника. Стандартом предусмотрена шкала линейных напряжений: 127В, 220В, 380В, 500В, 660В и т.д., каждое из которых в раз больше предыдущего.

Если три фазы приемника с фазным сопротивлением Z_ab,Z_bc,Z_ca, включить непосредственно между линейными проводами трехпроводной цепи, то получим соединение приемников треугольником (рис.38).

Рис.38. Подключение приемников, соединенных треугольником к трехфазному генератору

При симметричной нагрузке Z_ab=Z_bc=Z_ca. Если пренебречь сопротивлением линейных проводов, то фазные напряжения приемника будут равны соответствующим линейным напряжениям источника питания:

U_ф=U_л.

Токи I_ab, I_bc, I_caназывают фазными, а токиI_A, I_B, I_C– линейными.

Если заданы сопротивления фаз приемника, то фазные токи определяются по формулам:

;;.

Применив первый закон Кирхгофа для узлов а, в, с(рис.38), получим:

; ;

Из уравнений следует, что любой из линейных токов равен геометрической разности соответствующих векторов токов тех фаз приемника, которые соединяются с данным линейным проводом.

Сумма токов трехфазной трехпроводной системы равна нулю:

Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной нагрузке, соединенной треугольником приведена на рис.39. Векторы линейных и фазных токов составляют симметричные трехфазные системы. Можно доказать, что

Ток каждого электроприемника называется фазным и определяется по формуле:

.

При несимметричной нагрузке соединенной треугольником, фазные и линейные токи составляют несимметричную трехфазную систему. Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является симметрия напряжения на фазах потребителя при любой несимметричной нагрузке. Поэтому такое соединение широко используется при несимметричной нагрузке, в частности, ламп накаливания.

Рис. 39. Векторная диаграмма при симметричной нагрузке

Рассмотрим аварийные ситуации при соединении нагрузки «треугольником»:

1) При обрыве фазы нагрузки, например ab:

,.

Для упрощения примем . Тогда токи в линейных проводах:

; ;

При этом сохраняется условие:

.

Напряжения на фазах нагрузки иостаются неизменными.

2) При обрыве линейного провода (например, А) схема преобразуется в однофазную. Если предположить, что нагрузка симметрична (), то из рис. 39 следует:

;;.

Напряжения на фазах нагрузки abиcaуменьшаются в два раза, т.к. сопротивления равны.

На практике в трехфазную цепь включают сразу несколько потребителей электрической энергии, соединенных как в «звезду», так и в «треугольник». Поэтому, для расчета таких схем преобразуют треугольники сопротивления в «звезду» и обратно.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ

Перед выполнением работы необходимо изучить схему установки.

1. Ознакомиться со схемой, приведенной на рис.38, для проведения опытов и зарисовать ее в отчет.

2. Начертить таблицу для записи измерений

Таблица 9

№ опыта	Напряжения			Фазные токи			Линейные токи
	UAB	UBC	UCA	Iab	Ibc	Ica	IA	IB	IC
1
2
3

Нагрузкой каждой фазы приемника является резистор. Изменение тока нагрузки осуществляется с помощью тумблера.

3. Собрать цепь, включить напряжение питания стенда и ис­следовать следующие режимы работы схемы:

1) при равномерной нагрузке фаз, все фазы включены;

2) при неравномерной нагрузке фаз, все фазы включены;

3) при неравномерной нагрузке фаз, но при обрыве линейного провода.

Обрыв линейного провода (фаза а) и подключение равномерной/неравномерной нагрузки осуществляется с помощью тумблеров на лицевой панели установки.

Измерение напряжений производится поочередным подсоединением вольтметра к соответствующим точ­кам цепи. Измерение токов осуществляется путем последовательного включения амперметра в различные участки цепи (на рис. 40 представлены схемы подключения амперметра).

Рис.40. Схемы электрические принципиальные

4. Из опытных данных найти отношение среднеарифметических значений линейных и фазных токов при равномерной нагрузке (все фазы включены) и срав­нить его с теоретическим значением этой величины.

5. Рассчитать теоретические значения фазных и линейных токов, а также их погрешности и сравнить полученные результаты с измеренными.

6. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и то­ков для равномерной и неравномерной нагрузки фаз (при включенных фазах). По средним токамI_ab,I_bc,1_ca найти графическим методом линейные токиI_a, I_b, I_cи сравнить ихс измеренными.

7. Построить векторную диаграмму напряжений и токов при об­рыве линейного провода.