Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехника и электроника» для студентов факультета (стр. 3 из 9)

Линейным проводом называется провод, соединяющий начало каждой фазы генератора с началом соответствующей фазы приёмника.

Линейные напряжения обозначаются: U_AB, U_BC, U_CA – для генератора и U_ab, U_bc, U_ca – для приёмника. Они измеряются между двумя линейными проводами. Поскольку генератор всегда симметричен, то при любой нагрузке (симметричной и несимметричной) линейное напряжение U_л = U_AB = U_BC = U_CA = U_ab = U_bc = U_ca.

Провода, соединяющие концы фаз приёмника с нейтральной (нулевой) точкой называются фазными проводами, а напряжение, измеренное между началом и концом каждой фазы, называется фазным напряжением, соответственно они обозначаются U_A, U_B, U_C для генератора и U_a, U_b, U_c – для приёмника. При симметричной нагрузке фаз приёмника они равны между собой, при несимметричной – не равны.

Провод, соединяющий нейтральную точку генератора N c нейтральной точкой приёмника n, называется нейтральным (нулевым) проводом, а напряжение, измеренное на нём при его размыкании, называется напряжением смещения нейтрали и обозначается U_Nn. Это напряжение может быть измерено только в случае несимметричной нагрузки. Его значение можно определить по формуле меж-узлового напряжения

,

где

– комплексные значения фазных напряжений генератора; – комплексные значения полных проводимостей фаз приёмника, при этом надо помнить, что полная проводимость каждой фазы – это величина, обратная полному сопротивлению (

) той же фазы. Тогда при несимметричной нагрузке фаз комплексные значения фазных напряжений приёмника равны (согласно второму закону Кирхгофа):

; ; .

При построении векторной диаграммы фазных и линейных напряжений для симметричной нагрузки надо учесть, что согласно второму закону Кирхгофа для каждого из трех контуров (включающего две фазы, например: а и b или a и c или b и с) можно записать

; .

Если потенциал нейтральной точки принять за начало отсчета, то фазные напряжения строятся от этой точки под углом 120° друг относительно друга, тогда (на основании вышеприведённых уравнений) линейные напряжения равны векторной разности фазных напряжений и образуют замкнутый равносторонний треугольник. При активной нагрузке (как в данной работе) фазные токи также равны и направлены по фазным напряжениям (j_a = j_b = j_c). Ток в нулевом проводе даже при его включении равен нулю и диаграмма представлена на рис. 1.

Из этой диаграммы определяется соотношение между линейными и фазными напряжениями.

Действительно:

из заштрихованного треугольника можно записать

иначе: U_л = U_ф

.

Рис. 1

При несимметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода, когда фазные напряжения и токи не равны, напряжение смещения нейтрали

поэтому потенциал нейтральной точки приёмника j_n смещается относительно потенциала нейтральной точки генератора j_N, т. е. из центра треугольника линейных напряжений. Векторная диаграмма в этом случае представлена на рис. 2.

Рис. 2

При несимметричной нагрузке фаз и включённом нулевом проводе происходит выравнивание фазных напряжений приёмника за счёт перераспределения токов в фазах, но появляется ток в нулевом проводе, равный векторной сумме фазных токов . В этом случае векторная диаграмма представлена на рис. 3.

Рис. 3

Схема лабораторной установки

Лабораторная работа по исследованию трехфазных электрических цепей включает контрольно-измерительные приборы, коммутационно-защитные аппараты и потребители электрической энергии.

Питание установки осуществляется от сети переменного трехфазного тока.

На рис. 4 приведена электрическая схема лабораторной установки для исследования трехфазной цепи при соединении приемников звездой. В качестве приемников в этой схеме используются три ламповых реостата.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с электрической схемой, приборами, аппаратами, элементами экспериментальной установки для проведения опыта и записать их технические характеристики в отчет.

Рис. 4. Электрическая схема при соединении приемников звездой:

амперметры PA1, PA2, PA3 на 300 мА; амперметр PA0 на 0,25 А – переносной прибор; вольтметр PV на 150 – 300 В; вольтметр PV0 на 75 В; R1, R2, R 3 – ламповые реостаты,
S – выключатель

2. Собрать электрическую схему экспериментальной установки (рис. 4) и предъявить для проверки лаборанту. С разрешения преподавателя провести опыты.

П р и м е ч а н и е. Действующие значения линейных токов, равные фазным токам, определяются по амперметрам РА₁, РА₂, РА₃, а ток в нулевом проводе – по амперметру РА₀. Линейные и фазные напряжения измеряются одним вольтметром путем касания его щупами начала и конца фазы при измерении фазных напряжений, а также начал двух фаз при измерении линейных напряжений. Напряжение U₀ измеряется на выключателе S.

3. При всех отключенных лампах в фазах (проверяется по состоянию их выключателей) и разомкнутом выключателе S в нулевом проводе подать напряжение на схему нажатием кнопки «ВКЛ».

Последовательно установить различные режимы работы приемников, соединенных звездой, изменяя количество включенных в фазе ламп.

Режимы работы, подлежащие рассмотрению:

– максимальная равномерная нагрузка трех фаз (R1= R2 = R3) без нулевого провода;

– то же с нулевым проводом;

– неравномерная нагрузка фаз (R1 ¹ R2 ¹ R3) без нулевого провода;

– то же с нулевым проводом;

– неравномерная нагрузка фаз (R1 = R2; R3 = ¥), без нулевого провода;

– то же с нулевым проводом;

Показания приборов записываются в табл. 1.

Следует иметь в виду, что вольтметр PV₀, будет давать показания, отличные от нуля, только в случае неравномерной нагрузки фаз и отключенном выключателе S. Амперметр PA₀ будет давать показания, отличные от нуля, в случае неравномерной нагрузки фаз и включенном выключателе S. Соотношение между линейными и фазными напряжениями определяется только при равномерной нагрузке фаз.

Мощности и сопротивления фаз рассчитываются по формулам:

.

; ; .

№ опыта	Соединение фаз	Состояние нагрузки	Число ламп в фазе			Измеряемые величины
			A	B	C	IA, мА	IB, мА	IC, мА	I0, мА	Ua, B	Ub, B	Uc, B	UAB, B	UBC, B	UCA, B	U0, B
1	Y	R1=R2=R3	4	4	4
2	Y0	R1=R2=R3	4	4	4
3	Y	R1¹R2¹R3	4	3	2
4	Y0	R1¹R2¹R3	4	3	2
5	Y	R1=R2 R3=¥	4	4	0
6	Y0	R1=R2 R3=¥	4	4	0