11.9. Контрольные вопросы

1. Что называется соединением звездой и каковы его особенности?

2. Как строится векторная диаграмма для токов и напряжений при соединении звездой?

3. В каком случае отсутствует ток в нейтральном проводе и почему?

4. Какова роль нейтрального провода при четырехпроводной системе питания?

5. Почему в нейтральный провод не ставят предохранитель?

6. Каковы особенности режима работы потребителей, соединенных звездой, при неравномерной нагрузке фаз с нейтральным проводом и без него?

7. Каков режим обрыва фаз и его особенности при соединении потребителей звездой с нейтральным проводом и без него?

8. Каков режим короткого замыкания одной из фаз и его особенности при соединении потребителей звездой с нейтральным проводом и без него?

Лабораторная работа № 12 Исследование фильтров симметричных составляющих

1. Цель работы

Ознакомиться с фильтрами симметричных составляющих, получить навыки теоретических и экспериментальных исследований фильтров симметричных составляющих.

2. Приборы и оборудование

Для выполнения лабораторной работы используются следующие приборы и оборудование:

• амперметр электромагнитной системы с пределом измерений 0,5А – 1шт.;

• вольтметр электромагнитной системы с пределом измерений 30В – 3шт.;

• вольтметр электромагнитной системы с пределом измерений 100В-1шт.;

• ваттметр с пределом измерений 30 Вт - 1шт.;

• катушка индуктивности с параметрами R_k = 30 Ом, X_L = 40 Ом – 1шт.;

• фазоуказатель – 1шт.

3. Время, отводимое на работу

На выполнение данной работы отводится два академических часа.

4. Основные теоретические положения

Фильтрами симметричных составляющих называются устройства, служащие для выделения соответствующих напряжений или токов трехфазной цепи.

Напряжения и токи, выделяемые фильтрами симметричных составляющих, используются на практике для цепей автоматики, защиты от несимметричных режимов или сигнализации.

Исследуемый в настоящей работе фильтр симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей несимметричной системы линейных напряжений представляет собой электрическую цепь, состоящую из соединенных в звезду двух специально подобранных сопротивлений Z_a , Z_c и вольтметра (рис.12.1).

Схема подключения фильтра

Рис.12.1

Известно, что несимметричная система линейных напряжений U_АВ, U_ВС, U_СА, может быть разложена на симметричные составляющие прямой U₁ и обратной U₂ последовательностей. Это разложение проводится по формулам:

,

, ,

,

, ,

а также графическим построением. Кроме того, симметричные составляющие U₁ и U₂ можно измерить вольтметром, входящим в исследуемый в настоящей работе фильтр симметричных составляющих, показания которого будут пропорциональны U₁, если Z_c = aZ_a, и U₂, если Z_а = aZ_с. Действительно, показания вольтметра – это модуль комплекса

,

где Y_а, Y_в, Y_с – проводимости соответствующих ветвей фильтра. Имея в виду, что U_АВ = U_АВ1 + U_АВ2, U_ВС = а²U_АВ1 + аU_АВ2, получим для U_В следующее выражение:

.

Из последней формулы видно, что U_В будет зависеть только от U₁, если аY_с – Y_а = 0, или только от U₂, если а² Y_с – Y_а = 0. В первом случае цепь, изображенная на рис.12.1, будет фильтром прямой последовательности, во втором – фильтром обратной последовательности несимметричной системы линейных напряжений.

Условие, что цепь рис.12.1 будет фильтром прямой последовательности, можно выразить так: Z_с = aZ_а, а условие, что эта цепь является фильтром обратной последовательности – так: Z_а = aZ_с.

Сопоставляя оба эти условия, можно заметить, что по модулю сопротивления Z_a и Z_c одинаковы, а их фазовые углы отличаются на 120^о (так как ).

Если фазовый угол сопротивления Z_c больше фазового угла сопротивления Z_а, то цепь является фильтром прямой последовательности, в противном случае – фильтром обратной последовательности. Следовательно, один раз подобранные сопротивления Z_a и Z_c могут служить элементами фильтра прямой и обратной последовательности. Для превращения фильтра прямой последовательности в фильтр обратной последовательности достаточно Z_a и Z_c поменять местами.

В качестве сопротивления Z_a возьмем чисто емкостное сопротивление

.

Тогда сопротивление Z_c будет активно-индуктивным:

.

Это активно-индуктивное сопротивление может быть сопротивлением катушки индуктивности, в которой

, ,

а активная составляющая .

В условиях лаборатории поступают следующим образом. Берут катушку с индуктивным сопротивлением Х_k и активным R_k . Так как обычно , то с помощью реостата добавляют активное сопротивление R_д к катушке так, чтобы общее активное сопротивление

.

Катушка с добавочным сопротивлением будет одним элементом фильтра. Для другого берут конденсатор такой емкости, чтобы его сопротивление было в два раза больше индуктивного сопротивления катушки, X_С = 2X_L. Третьим элементом фильтра является вольтметр, сопротивление которого должно быть известно.