Электротехника Часть_1 2014

При соединении приемников звездой с нейтральным и без нейтрального провода и симметричной нагрузке линейные напряжения:

UЛ 3 UФ 1,73 UФ , (3.3)

где UЛ и UФ – соответственно линейное и фазное напряжение.

При симметричной нагрузке фазные токи равны между собой. Их векторная сумма равна нулю, в нейтральном проводе ток отсутствует. Вследствие этого при симметричной нагрузке, соединенной звездой, нейтральный провод не нужен.

При несимметричной нагрузке величины фазных напряжений зависят от наличия или отсутствия нейтрального провода.

При наличии нейтрального провода величины фазных и линейных напряжений остаются такими же, как и при симметричной нагрузке. Фазные токи, вследствие различных сопротивлений фаз, имеют разные значения, по нейтральному проводу протекает ток IN, определяемый уравнением (3.2).

Рис. 3.2.

Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной активной нагрузке с нейтральным и без нейтрального провода

Пример векторной диаграммы для несимметричной активной нагрузки представлен на рис. 3.3, а. При несимметричной нагрузке,

31

соединенной звездой без нейтрального провода, изменение тока ка- кой-нибудь фазы вызывает такое изменение токов двух других фаз, при котором сумма векторов трех токов всегда равна нулю.

Возникновение несимметричности нагрузки в схеме «звезда» без нейтрального провода сопровождается перераспределением или, как называют, перекосом фазных напряжений. Фазные напряжения различны по величине, и сдвиг между ними отличен от 120 . Пример векторной диаграммы напряжений и токов для случая несимметричной активной нагрузки без нейтрального провода представлен на рис. 3.3 б, где пунктиром показаны фазные напряжения источника электропитания (сети).

а)

б)

32

Рис. 3.3. Векторные диаграммы напряжений и токов при несимметричной нагрузке, соединенной звездой:

а– при наличии нейтрального провода, активная нагрузка;

б– при отсутствии нейтрального провода, активная нагрузка

Из векторной диаграммы следует, что фазные напряжения по своему абсолютному значению и по фазе отличаются от фазных напряжений сети, так как между нейтральными точками N-N´ существует напряжение UN, зависящее от величины и характера нагрузки отдельных фаз.

При обрыве линейного провода (аварийный режим) и при наличии нейтрального провода напряжения на подключенных к действующим линейным проводам фазах и линейное напряжение между этими линейными проводами остаются таки же, как и при наличии всех трех линейных проводов.

Векторная диаграмма напряжений и токов для случая активной нагрузки при обрыве линейного провода, питающего фазу А, представлена на рис. 3.4, а.

При обрыве линейного провода и отсутствии нейтрального провода в несимметричной нагрузке, соединенной звездой, величины фазных напряжений становятся существенно различными (рис.

3.4, б).

а)

33

б)

Рис. 3.4. Векторные диаграммы напряжений и токов при обрыве линейного провода:

а– при наличии нейтрального провода, активная нагрузка;

б– при отсутствии нейтрального провода, активная нагрузка

Векторы фазных напряжений U BY и U CZ принимают значения

Из-за отсутствия нейтрального провода между нейтральными точками источника электропитания и нагрузки появляется напряжение UN.

Вотчете привести:

принципиальную электрическую схему с необходимыми пояснениями;

паспортные данные приборов;

векторные диаграммы для режимов, указанных преподавате-

лем.

34

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое симметричная нагрузка?

2.Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями при симметричной нагрузке, соединенной звездой?

3.Каково соотношение между фазными и линейными токами при нагрузке, соединенной звездой?

4.Какую роль выполняет нейтральный провод?

5.Как определить ток, проходящей по нейтральному проводу?

6.Какие особенности работы цепи наблюдается при несимметричной нагрузке, соединенной звездой без нейтрального провода?

Лабораторная работа №4

Исследование цепи трехфазного переменного тока при соединении нагрузок по схеме "треугольник"

Цель работы

Изучение режимов работы трехфазной цепи переменного тока при соединении нагрузок по схеме «треугольник». Приобретение навыков в построении векторных диаграмм.

Программа работы

1. Ознакомиться с лабораторным стендом и выбрать необходимые измерительные приборы и электрооборудование.

35

2.Собрать электрическую цепь (рис. 4.1) и после проверки

еепреподавателем записать паспортные данные используемых приборов в таблицу.

3.Исследовать работу цепи, состоящей из трехфазной симметричной активной нагрузки, соединенной треугольником, в режимах:

а) номинальном; б) при отключении нагрузки в одной из фаз;

в) при обрыве линейного провода (аварийный режим).

4.Исследовать работу цепи, состоящей из трехфазной несимметричной активной нагрузки, соединенной треугольником в режимах:

а) номинальном; б)при отключении нагрузки в одной из фаз;

в)при обрыве линейного провода (аварийный режим).

5.НИРС. Исследовать работу цепи, состоящей из трехфазной несимметричной разнохарактерной нагрузки, соединенной треугольником.

Рис. 4.1. Принципиальная электрическая схема для исследования трехфазной системы нагрузок, соединенных треугольником

Методические указания по выполнению работы

36

1. Выбор пределов измерительных приборов производится из следующих условий:

а) предел измерения вольтметра определяется величинами линейных напряжений, на которые включается исследуемая трехфазная цепь (220В);

б) при сборке схемы в качестве нагрузок фаз использовать ламповые реостаты (А – Х, В – У, С – Z), обладающие активными сопротивлениями, равными приблизительно 500 Ом, поэтому пределы измерений фазных амперметров следует выбрать 0,5 А, а линейных амперметров -1 А.

2.Измерения произвести для режимов, указанных в табл. 4.1:

а) для получения симметричной нагрузки в реостатах А – Х, В – У и С – Z включить по четыре лампы:

б) для получения несимметричной нагрузки в фазе А – Х оставить включенными четыре лампы, в фазе В – У включить три лампы, а в фазе C – Z две лампы , при этом амперметры РА4, РА5, РА6 должны показать разные, значительно отличающиеся друг от друга, токи;

в) обрыв линейного провода и обрыв фазы имитируются с помощью выключателей S2 и S1.

Во всех перечисленных случаях измерения токов производить при отключенном вольтметре. Величины линейных напряжений измерять между соответствующими клеммами ламповых реостатов.

Результаты измерений записать в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Экспериментальные данные исследования цепи трехфазного

переменного тока при соединении нагрузок треугольником

Рис. 4.3. Векторная диаграмма токов и напряжений для трехфазной цепи, содержащей соединенную треугольником симметричную активную нагрузку

Угол сдвига между фазным током и напряжением, знак и величина которого зависят от характера и величины фазной нагрузки, определяется по формуле:

где хф, rф – соответственно реактивное и активное сопротивления нагрузки в фазе.

Векторы линейных токов ĪA, ĪB, ĪC находятся как разности векторов соответствующих фазных токов по уравнениям (4.3).

Просуммировав уравнения (4.3), можно убедиться, что векторная сумма линейных токов независимо от величины фазных токов равна нулю:

Если нагрузка симметричная, то фазные, а как следствие, и ли-

нейные токи, равны между собой, причем линейные токи в 3 раз больше фазных.

При отключенной фазе подводимые к фазам напряжения не изменяются, поэтому построение векторной диаграммы для этого ре-

40