Лабораторная работа № 5 &quot

Лабораторная работа № 5
Исследование трехфазной цепи при соединении
приемников энергии звездой
Целью работы является экспериментальное исследование режимов
работы трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой.
1. Общие сведения
Трехфазной цепью называется совокупность трех электрических цепей
(фаз), в которых действует система трех синусоидальных ЭДС одной и той
же частоты, сдвинутых по фазе на определенный угол и создаваемых общим
источником электрической энергии.
Фазы трехфазной цепи обозначаются буквами А, В, С. Если три ЭДС
eA , eB и eC равны по амплитуде и сдвинуты по фазе одна относительно другой
на угол 2 3 , то такую систему называют симметричной трехфазной
системой.
ЭДС
и
eA  Em sin  t  ,
eB  Em sin  t  2  3 
eC  Em sin  t  2  3  образуют симметричную трехфазную систему прямой
последовательности.
Фазы трехфазной цепи всегда соединены (связаны). Основными
видами связи являются соединения звездой и треугольником.
На рис. 5.1 показан способ соединения фаз трехфазного источника
звездой. Напряжения U AN , U BN , U CN называются фазными, напряжения
U AB , U BC , U CA – линейными. В симметричном источнике
U AN  U BN  UCN  UФ , U AB  U BC  UCA  U Л , причем U Л  3U Ф .
На рис. 5.1 нагрузка также соединена звездой. Напряжения U an , U bn ,
U cn называются фазными, напряжения U ab , U bc , U ca – линейными. При
соединении в звезду токи I A , I B , IC являются и фазными и линейными
одновременно.
 0 N
EB
EC
A IA a
ZA
U AB
B IB b
U an
ZB
U BC
C IC c
IN
ZN
Рис. 5.1
C c
n  0 
U nN  0
A a
N
n
IA
U bn
ZC
U cn
B b
IC
IB
IN  0
Рис. 5.2
На рис. 5.2 показана топографическая диаграмма напряжений и
векторная диаграмма токов для случая симметричной трехфазной цепи
Z A  Z B  ZC  R . В симметричном режиме токи I A  I B  I C  I Л  I Ф ,
напряжение U An  U Bn  U Cn  U Ф . Ток в нейтральном проводе I N  0 ,
напряжение U nN  0 .
При несимметричной нагрузке Z A  Z B  ZC напряжение U nN зависит
от характера нагрузки и наличия нулевого провода. На рис. 5.3 в качестве
примера представлены диаграммы трехфазной цепи с 4-проводной схемой
соединения ( Z N  0 ), а рис. 5.4 – с 3-проводной схемой соединения ( Z N   ).
Нагрузка фаз резистивная.
C c 
C c
Z N  0 U nN  0
N
n
A a
IA
n
IN
B b
A a
N
IA
IC
ZN   IN  0
IB
IC
B b
Рис. 5.3
Для
измерения
активной
мощности в трехпроводной схеме
трехфазной цепи применяется метод
двух ваттметров. Один из вариантов
включения ваттметров представлен на
рис.
5.5.
Активная
мощность
трехфазной цепи равна алгебраической
сумме показаний ваттметров
P3Ф  PW 1  PW 2 .
IB
Рис. 5.4
A
IA
W1
U AB
a
b
B
U CB
C
W2
c
IC
Рис. 5.5
2. Содержание и порядок выполнения работы
В лабораторной работе исследуют режимы работы трехфазной
цепи с 4-проводной (звезда с нейтральным проводом) и 3-проводной
(звезда без нейтрального провода) схемой соединения.
Источником симметричного трехфазного напряжения является
модуль ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Источник создает систему
напряжений прямого следования фаз с фазным напряжением UФ  7 В.
Линейные токи измеряют амперметрами РА1; РА2; РА3 из блока
МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ 25–250 мА. Вольтметром РV (2–15 В) из блока
МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ измеряют фазные напряжения. Для измерений в
нейтральном проводе используют мультиметр РР. Активную мощность в 3проводной схеме трехфазной цепи измеряют ваттметром модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ
ФАЗЫ.
Трехфазную нагрузку собирают из элементов блока МОДУЛЬ
РЕЗИСТОРОВ.
 Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 1П. Установить в
блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления R1  R2  R3  150 Ом.
Мультиметр РР в нейтрале включить в режим измерения переменного
тока на максимальном пределе измерения.
 Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.
4-проводная трехфазная цепь
 Включить выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры SA1
модулей ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ и ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ.
Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.
 Вольтметром РV (2–15 В) из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ измерить
фазные напряжения U AN , U BN , U CN и линейные напряжения U AB , U BC ,
U CA модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Измеренные
значения занести в протокол измерений. Проверить выполнения
соотношений для симметричного источника.
 Симметричный режим. Измерить амперметрами РА1, РА2 и РА3 токи фаз.
Вольтметром РV измерить фазные напряжения U An , U Bn , U Cn . Рассчитать
сопротивления фаз. Ток в нейтральном проводе измерить мультиметром
РР. Измеренные значения напряжений, токов и величины сопротивлений
фаз занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок действий
применить в остальных опытах.
 Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ
сопротивление R1  RA  68 Ом. Выполнить измерения, данные занести в
табл. 1П. Восстановить симметричный режим.
 Обрыв фазы А. Разорвать фазу А в точке Х2 на амперметре РА1.
Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить цепь
фазы А.
 Выключить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.
3-проводная трехфазная цепь
 Переключить мультиметр РР в нейтральном проводе на режим
измерения переменного напряжения. Установить в блоке МОДУЛЬ
РЕЗИСТОРОВ сопротивления фаз R1  R2  R3  150 Ом.
 Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.
 Включить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.
 Симметричный режим. Выполнить приборами РА1, РА2 и РА3 измерения
токов фаз. Вольтметром РV (2–15 В) измерить фазные напряжения U An ,
U Bn , U Cn ; мультиметром РР – напряжение U nN . Рассчитать сопротивления





фаз. Измеренные значения и сопротивлений фаз занести в табл. 2П.
Указанный порядок действий применять в остальных режимах 3-проводной
цепи.
Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ
сопротивление R1  RA  68 Ом. Выполнить измерения токов, напряжений
и мощностей. Измеренные значения занести в табл. 2П. Восстановить
симметричный режим цепи.
Обрыв фазы А. Разорвать фазу А в точке Х2 на амперметре РА1. Выполнить
измерения токов и напряжений. Измеренные значения занести в табл. 2П.
Короткое замыкание фазы. Закоротить ту фазу, где включена токовая
цепь модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ (соединить проводом точки I2 и n). Для
измерения тока короткого замыкания использовать амперметр модуля.
Измерения остальных токов и напряжений выполнить согласно данным
выше рекомендациям. Измеренные значения занести в табл. 2П.
Выключить тумблеры SA1 модулей ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ и
ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ и выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.
Протокол измерений утвердить у преподавателя.
Протокол измерений к лабораторной работе № 5
«Исследование трехфазной цепи при соединении приемников
энергии звездой»
Схема исследуемой цепи представлена на рис. 1П.
Рис. 1П
Напряжения источника: U AN  ____ В; U BN  ____ В; U CN  ____ В;
U AB  ____ В; U BC  ____ В; U CA  ____ В.
Проверка соотношения U Л  3U Ф , _____________________.
4-проводная трехфазная цепь
Результаты измерений представлены в табл. 1П.
Режим работы
трехфазной цепи
Симметричный
RA = RВ= RС=
Ом
Несимметричный
RA =
RВ= RС=
Ом
Ом
Обрыв фазы А
RВ = RС=
Ом
U An ,
U Bn ,
U Cn ,
IA ,
IB ,
В
В
В
мА
мА
Таблица 1П
IC ,
IN ,
мА
мА
3-проводная трехфазная цепь
Результаты измерений представлены в табл. 2П.
Таблица 2П
Режим работы
трехфазной цепи
U An , U Bn , U Cn , U nN ,
В
В
В
B
IA ,
IB ,
IC ,
мА
мА
мА
Симметричный
RA = RВ= RС = =_____ Ом
Несимметричный
RA = ____ Ом
RВ= RС= ____ Ом
Обрыв фазы А
RВ= RС= ____ Ом
Короткое
замыкание фазы А
Работу выполнили: ________________________________________
Работу проверил: _________________________________________
3. Содержание отчета
1. Нарисовать схему трехфазной цепи, указать положительные
направления токов.
2. По результатам измерений (табл. 1П и 2П) построить
топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов для
каждого режима четырех и трехпропроводной трехфазной цепи.