WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Томский государственный архитектурно-строительный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ

Методические указания к лабораторной работе № 7

по дисциплине «Общая электротехника»

Составитель Т.С. Шелехова

Томск 2011

Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой : методические указания / Сост. Т.С. Шелехова. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2011. – 12 с.

Рецензент доцент Э.С. Астапенко Редактор Е.Ю. Глотова Методические указания к лабораторной работе № 7 по дисциплине «Электротехника», «Электроснабжение и электрооборудование»

для студентов всех специальностей всех форм обучения.

Печатаются по решению методического семинара кафедры электротехники и автоматики № 2 от 22.12.10.

Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В. В. Дзюбо с 01.01. до 01.12. Технический редактор Н.В. Удлер Подписано в печать 17.06.2011.

Формат 6084. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.

Уч.-изд.л. 0,52. Тираж 150 экз. Заказ № Изд-во ТГАСУ, 634003, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Экспериментально исследовать особенности работы трехфазной электрической цепи при соединении потребителей «звездой» и активном характере нагрузки. Выявить роль нейтрального провода. Изучить и научиться выбирать схемы подключения осветительной и силовой нагрузки в трехфазную сеть.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Изучить схемы соединения нагрузки (звезда, звезда с нулевым проводом).

2.2. Ознакомиться с принципиальной электрической схемой, собрать ее на стенде и провести экспериментальные исследования симметричных и несимметричных режимов работы при соединении приемников звездой, руководствуясь разделами 4 и 5.

2.3. Построить векторные диаграммы.

2.4. Рассчитать мощности потребителей трехфазного тока.





2.5. Проанализировать полученные результаты для определения условий оптимальной работы потребителей.

2.6. Выбрать и начертить схему подключения осветительной или силовой нагрузки при включении их в трехфазную сеть для одного из представленных вариантов (выбор варианта производится по заданию преподавателя).

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Звездой называется такое соединение потребителей, когда их концы (х, у, z) объединяются в одну общую нейтральную точку (n), а начала (а, b, с) подключены с помощью проводов к началам фаз генератора (к трехфазной цепи (А, В, С)). Провода, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными. При этом образуется трехпроводная цепь. Если нейтральную точку генератора (N) соединить с нейтральной точкой приемника (n) проводом, который называется нейтральным, то при этом образуется четырехпроводная цепь.

Схема соединения приемника звездой с нейтральным проводом приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная В цепях переменного тока синусоидальные величины напряжений и токов удобно изображать в виде векторов.

Различают два вида напряжений: фазные Uа, Ub, Uс – между началом и концом каждой фазы; линейные Uаb, Ubc, Uca – между линейными проводами или между началами фаз.

За условно-положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фазы обмотки.

Линейные напряжения равны между собой по модулю независимо от режима работы трехфазной цепи (Uаb = Ubc = Uca) и сдвинуты по фазе на угол 120°. Линейные и фазные напряжения связаны следующими уравнениями в соответствии со вторым законом Кирхгофа:

U ab = U a U b ; U bc = U b U c ; U ca = U c U a. (1) В рассматриваемой схеме в линейных проводах и соответствующих им фазах нагрузки устанавливается один и тот же ток, т. е.:

IА = Ia; IВ = Ib; IС = Iс.

Величины токов в фазах приемника определяются:

Ia = Ua/Za; Ib = Ub/Zb; Iс = Uс/Zс, (2) а угол сдвига фаз между соответствующим фазным током и напряжением зависит от характера нагрузки:

где XLa, XCa, Ra, Za – индуктивное, емкостное, активное и полное сопротивление фазы (а); XLb, XCb, Rb, Zb – индуктивное, емкостное, активное и полное сопротивление фазы (b); XLc, XCc, Rc, Zc – индуктивное, емкостное, активное и полное сопротивление фазы (с).

Ток в нейтральном проводе в соответствии с первым законом Кирхгофа для узла (n) равен векторной сумме токов всех фаз:

3.1. Симметричный режим работы Приемники, включаемые в трехфазную цепь, могут быть как однофазными, так и трехфазными. К однофазным приемникам относятся электрические лампы накаливания и другие осветительные приборы, различные бытовые приборы, однофазные двигатели и т. д.; к трехфазным – трехфазные асинхронные двигатели, индукционные печи. Приемники, у которых полное сопротивление фаз и углы сдвига фаз тока относительно напряжения равны между собой – Za = Zb = Zc и a = b = c называются симметричными. При включении таких приемников в трехфазную цепь в ней будет иметь место симметричный режим.

Симметричный режим работы трехфазной цепи – это режим, при котором трехфазные системы напряжений и токов симметричны.





Векторы линейных напряжений Uаb, Ubc, Uca опережают соответственно векторы фазных напряжений Uа, Ub, Uс и в раз больше фазных напряжений, т. е.

Токи в фазах численно равны между собой и сдвинуты относительно соответствующих фазных напряжений на один и тот же угол (рис. 2). Ток в нейтральном проводе определяется по первому закону Кирхгофа и для симметричной нагрузки равен нулю: I N = 0, следовательно, необходимость в нем отпадает.

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений и токов для симметричных приемников, соединенных звездой При определении токов для симметричных приемников достаточно определить ток только в одной из фаз и угол сдвига фаз тока по отношению к соответствующему напряжению:

3.2. Несимметричный режим работы Если условие симметрии (Za = Zb = Zc, a = b = c) не выполняется, то приемники, включенные в трехфазную цепь, называют несимметричными, при этом нагрузка может быть равномерной, если равны только сопротивления Za = Zb = Zc, или однородной, если равны только углы a = b = c.

Четырехпроводная сеть. В четырехпроводной сети наличие нейтрального провода обеспечивает симметрию фазных напряжений при несимметричном приемнике и сохраняет соотношение между линейными и фазными напряжениями U л = 3 U ф. Токи в фазах будут разными, и их можно определить по ранее приведенным формулам (2). При этом в нейтральном проводе появляется ток I N = I a + I b + I c, который зависит не только от характера сопротивления фаз приемника, но и от схемы их включения. Векторная диаграмма для случая однородной нагрузки (a = b = c = 0) приведена на рис. 3.

Трехпроводная сеть. При включении несимметричных приемников в трехпроводную сеть между нейтральными точками приемника (n) и источника питания (N) возникает напряжение UnN между нейтралями, которое можно определить аналитическим или графическим методом.

Графическое положение точки (n) на векторной диаграмме можно определить, используя метод засечек. Построение начинают с изображения треугольника линейных напряжений, величины которых не зависят от режима работы приемника и всегда равны между собой: U ab = U bc = U ca. Для построения рекомендуется масштаб 40 В/см. При несимметричной нагрузке в трехфазной цепи напряжения различны, и точка (n) смещается. Для нахождения точки (n) величины фазных напряжений в том же масштабе, что и величины линейных напряжений, откладывают из соответствующих вершин. Место пересечения трех векторов и даст положение искомой точки (n) (рис. 4).

Рис. 3. Векторная диаграмма напряжений и токов для несимметричного режима работы в четырехпроводной сети Рис. 4. Векторная диаграмма напряжений и токов для несимметричного режима работы в трехпроводной сети Кроме того, на векторных диаграммах необходимо изобразить векторы токов относительно векторов соответствующих фазных напряжений. Для токов выбирают свой масштаб (А/см).

При этом фазные напряжения становятся такими, чтобы векторная сумма токов в фазах равнялась нулю в соответствии с первым законом Кирхгофа.

Мощность трехфазной цепи.

Активная мощность трехфазного приемника.

В данной работе cos а = cos b = cos с = 1 (активная нагрузка).

Для симметричной нагрузки

4. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Трехфазный приемник энергии (рис. 1) на стенде представлен ламповым реостатом, все лампы которого включены параллельно. Начала и концы фаз приемника (ах, by, cz) выведены на панель стенда. Там же смонтированы и постоянно включены в схему выключатели для включения ламп.

На стенде имеются выводы трехфазной сети (А, В, С) с линейным напряжением 240 В, а также вывод от нейтральной точки сети (N). Для подключения нейтрального провода на стендах имеется однополюсный тумблер S1. Для измерения фазных и линейных напряжений предусмотрен один вольтметр, который следует использовать как переносной. Для измерения токов – амперметры с разными пределами измерений. Питание стенда приемника производится включением автоматического выключателя АП-50, и на клеммы А, В, и С подается трехфазное напряжение.

5. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

5.1. Собрать электрическую схему на стенде согласно рис. 1.

5.2. Подать напряжение, включив выключатель АП-50.

Выключателями или рукоятками Rl, R2 и R3 установить симметричную нагрузку приемника по токам в фазах Ia = Ib = Ic, т. к.

нагрузка однородная. Снять необходимые данные и занести в таблицу.

5.3. Установить неравномерную нагрузку в фазах Ia Ib Ic.

Снять и внести в таблицу показания приборов с нейтральным проводом (включить S1) и без нейтрального провода. Обратить внимание, как изменяются фазные напряжения и сделать вывод о роли нейтрального провода.

5.4. Имитировать обрыв фазы. Для этого в одной из фаз полностью выключить нагрузку I = 0. В двух оставшихся фазах приемника сделать нагрузку равномерной. Снять показания приборов с нейтральным проводом и без него. Обратить внимание, как изменяются фазные напряжения и сделать вывод о роли нейтрального провода.

5.5. Произвести короткое замыкание (КЗ) фазы приемника.

Для этого закоротить одну из фаз, по указанию преподавателя.

Перед этим необходимо отключить нейтральный провод, выключив рубильник S1. В двух других фазах сделать нагрузку равномерной.

5.6. На основании данных таблицы произвести необходимые расчеты и построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов при a = b = c = 0 для всех исследуемых случаев.

В случае равенства фазных напряжений для нормальных режимов работы сети убедиться, что выполняется соотношение Несимметричная Отчет выполняется на отдельных листах и должен содержать цель работы, порядок работы, принципиальную электрическую схему, таблицу, векторные диаграммы напряжений и токов для всех исследуемых режимов и выводы.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Как выполнить соединение потребителей по схеме звезда?

6.2. Какая сеть считается трехпроводной, четырехпроводной?

6.3. Какая нагрузка считается симметричной, равномерной, однородной?

6.4. Объяснить назначение нейтрального провода.

6.5. Как рассчитать ток в нейтральном проводе?

6.6. Написать формулы, связывающие линейные и фазные напряжения и токи в четырехпроводной системе.

6.7. Написать формулы для расчета активной, реактивной и полной мощности приемника.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Касаткин, А.С. Электротехника : учебник для вузов / А.С. Касаткин. – М. : Высшая школа, 2008. – 540 с.

2. Иванов, И.И. Электротехника : учебное пособие для вузов / И.И. Иванов, Г.И. Соловьев. – СПб. : Лань, 2008. – 496 с.

3. Жаворонков, М.А. Электротехника и электроника :

учебное пособие для вузов / М.А. Жаворонков, А.В. Кузин. – М. : Академия, 2005. – 393 с.



Похожие работы:

«Т.А. Белова, В.Н. Данилин ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ И УСЛУГ Допущено УМО по образованию в области прикладной математики и управления качеством в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 220501 Управление качеством УДК 658(075.8) ББК 65.291.8я73 Б43 Рецензенты: О.В. Григораш, заведующий кафедрой теоретической и общей электротехники Кубанского государственного аграрного университета, д-р техн. наук, проф.,...»

«ФГБОУ ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Ш.Ж. Габриелян, Е.А. Вахтина ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Студентам вузов заочной, очно-заочной форм обучения неэлектротехнических специальностей и направлений подготовки г. Ставрополь, 2012 1 УДК 621.3 ББК 31.2:32.85 Рецензенты: кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий и электроники Ставропольского технологического института...»

«Н.Н. РОДИОНОВ ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Учебное пособие Самара 2013 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ К а ф е д р а Электроснабжение промышленных предприятий Н. Н. РОДИОНОВ ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Учебное пособие Самара Самарский государственный технический университет Печатается по решению редакционно-издательского...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.