2. Собрать схему (рис5.4.)

Рис 5.4

Рис. 5-4

3. После проверки преподавателем правильности соединений включить. Изменяя ступенями емкость конденсаторной батареи от нуля до значения, при котором ток в неразветвленной части цепи станет минимальным. Затем, увеличивая емкость батареи, добиться значения тока в неразветвленной части цепи, равного току при С=0. Данные наблюдений свести в табл. 5.1

Табл 5.1.

№	Данные наблюдений					Результаты вычислений
Опыта	U,B	I,A	I1,A	I2,A	P,Вт		cos	Z,Ом	Zk,Ом	Xc,Oм	С,мкф
1 2 3

4. Построить векторные диаграммы.

5.Составить отчет по результатам выполненной работы.

Контрольные вопросы.

1. Как рассчитать действующий ток в неразветвленной части линейной разветвленной электрической цепи синусоидального тока?

2, Что означает резонанс токов и при каких условиях он возникает?

3, Чему равен коэффициент мощности электрической цепи при резонансе?

4. Могут ли действующие токи параллельно соединенных ветвей электрической цепи превышать действующий ток в ее неразветвленной части?

5. Каким образом может быть получен резонанс токов?

6. Какими величинами нужно располагать для расчета емкости конденсаторной батареи, повышающей коэффициент мощности до заданного значения?

Лабораторная работа №6 Исследование трехфазной цепи при соединении электроприемников звездой.

Цель работы. 1. Выявить особенности трехфазных систем при соединении фаз звездой и треугольником. 2. По опытным данным построить векторные диаграммы при симметричной и несимметричной нагрузке фаз.

Общие теоретические положения. Как видно из схемы рис. 8.1, при соединении звездой фазные напряжения приемника U_A, U_B, U_C не равны линейным напряжениям U_AB, U_BC, U_CA. Эти напряжения связаны между собой векторными уравнениям U_AB=U_A-U_B, U_BC=U_B-U_C, U_CA=U_C-U_A. При симметрии соответственно линейных к фазных напряжений существует зависимость .

Из схемы рис. 8.1. видно, что при соединении звездой линейные токи равны соответствующим фазным токам: I_Л=I_Ф. Фазный ток I_Ф зависит от фазного напряжения U_Ф на зажимах приемника и его полного сопротивления Z_Ф, что следует из формулы I_Ф=U_Ф/Z_Ф. Ток в нейтральном проводе I_N=I_A+I_B+I_C.

Если полные сопротивления Z_A, Z_B, Z_C приемников одинаковые, т.е. Z_A=Z_B=Z_C=Z_Ф, и сдвиги фаз j_A, j_B, j_C между фазными напряжениями и соответствующими им фазными токами равны между собой, т.е. j_A=j_B=j_C=j, нагрузку называют симметричной. При симметричной на грузке фазные напряжения U_A, U_B, U_C одинаковы, фазные токи равны между собой: I_Ф=U_Ф/I_Ф сдвиги фаз между напряжениями и токами U_A и I_A, U_B и I_B, U_C и I_C одинаковы и находятся по формуле j=arctg(х_Ф/R_Ф), где х_ф — реактивные сопротивления фазы нагрузки: R_ф — ее активное сопротивление.

Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена на рис. 8.2. Ток в нейтральном проводе при симметричной нагрузке I_N=I_A+I_B+I_C=0. Отсюда следует, что при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен.

Активная мощность трехфазного приемника может быть выражена так:P=3Р_Ф Р_Ф=3U_ФI_Фcosj_Ф или .

Рис 8.1 Рис 8.2

Если Z_A¹Z_B¹Z_C или j_A¹j_B¹j_C либо два этих условия выполняются вместе, то нагрузка будет несимметричной. При несимметричной нагрузке и наличии нейтрального провода фазные напряжения приемников практически одинаковы: U_A»U_B»U_C»U_Ф, а в нейтральном проводе возникает ток I_N¹0, который можно определить графически (рис. 8.3) исходя из векторного уравнения I_N=I_A+I_B+I_C.

Особенностью электрической цепи при несимметричной нагрузке является то, что она должна иметь обязательно нейтральный провод. При обрыве нейтрального провода ток I_N=0. В этом случае токи I_A, I_B, I_C должны измениться так, чтобы их векторная сумма оказалась равной нулю: I_A+I_B+I_C=0.

При заданных сопротивлениях нагрузки Z_A, Z_B, Z_C токи могут измениться только за счет изменения фазных напряжений. Следовательно, обрыв нейтрального провода в общем случае приводит к изменению фазных напряжений рис. 8.4. В результате приемники оказываются под напряжениями, отличающимися от номинального значения фазного напряжения, что недопустимо. Чтобы этого не произошло, необходимо обращать внимание на целостность нейтрального провода, в цепь которого нельзя ставить выключатели и даже защитные устройства, например предохранители.

Рис 8.3 Рис 8.4

Для несимметричной нагрузки, активная мощность всех фаз определяется по формуле Р=P_A+P_B+P_C.

Однофазные приемники можно включать в трехфазную четырехпроводную сеть как на фазное U_Ф, так и на линейное U_Л напряжение, что позволяет питать от одной сети приемники, рассчитанные на номинальные напряжения, отличающиеся друг от друга раз.

Приборы и оборудование: источник питания (четырехпроводная трехфазная сеть напряжением 220/127 В), три ламповых (или проволочных) реостата, четыре амперметра электромагнитной системы, вольтметр электромагнитной системы со щупами, трехполюсный автоматический выключатель, однополюсный выключатель, соединительные провода.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

№	Наименование приборов	Условное обозначение	Технические характеристики	Предел измерения
1 2 3

2. По схеме рис. 8.5 собрать последовательную часть цепи каждой фазы, соединить однофазные приемники звездой, присоединить ее нейтральную точку через амперметр А_N и однополюсный выключатель S1 к зажимам нейтрального провода рабочего щитка. Представить собранную цепь для проверки преподавателю.

Рис 8.5

3. Включить однополюсный выключатель S1 в цепь нейтрального провода и трехполюсный выключатель S. Установить симметричную нагрузку, для чего, изменяя число включенных ламп в каждой фазе, добиться, чтобы показания амперметров A_A, А_B и A_C были одинаковы. С помощью вольтметра измерить фазные U_A, U_B, U_C и линейные U_AB, U_BC, U_CA, напряжения на зажимах приемников. Записать показания всех приборов в табл. 8.1.

4. Не изменяя числа включенных ламп в фазах, произвести те же измерения, записав показания приборов в табл. 8.1 при отключенном нейтральном проводе.

5. Изменением числа включенных ламп (выключатели S и S1 замкнуты) создать несимметричную нагрузку. Повторить те же измерения и записать в табл. 8.1 показания всех приборов. Отключить нейтральный провод и снова произвести те же измерения, записать отсчет по приборам в ту же таблицу. Обратить внимание на то, как влияет наличие нейтрального провода на степень накала ламп при несимметричной нагрузке фаз.

6. При той же несимметричной нагрузке отключить трехполюсный автоматический выключатель S, отсоединить один из линейных проводов. Замкнуть цепь с нейтральным проводом и без него. записать показания приборов в табл. 8.1.

Таблица 8.1

№

Состояние Схемы

Данные наблюдений

Результаты вычислений

Напряжение, В

Ток, А

Активная мощность, Вт

Линейное

Фазное

Ua В

UвВ

UcВ

Uав В

Uвс В

Ucа В

Ia А

Iв А

Ic А

In А

Pa Вт

Pв Вт

Pc Вт

Р Вт

0-й провод

1

Симетричная нагрузка.

вкл

откл

2

Несиметричная нагрузка

вкл

откл

вкл

откл

4

Несиметричная нагрузка с обрывом линейного провода.

вкл

откл

7. Проверить отношение между линейными и фазными напряжениями для случаев симметричной нагрузки фаз, сравнить его с теоретическим значением.

8. Рассчитать мощность каждой фазы и полную мощность потребляемую нагрузкой, результаты вычислений занести в табл. 8.1.

9. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов, используя данные табл. 8.1, для трех случаев: а) при симметричный нагрузке с нейтральным проводом; б) при несимметричной нагрузке с нейтральным проводом; в) при той же несимметричной нагрузке без нейтрального провода.

10. Составить отчет по результатам выполненной работы.