Лабораторная работа № 10 исследование трехфазной электрической цепи при соединении приемников звездой

10.1. Цель работы

Исследовать симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи при соединении приемников звездой при наличии или отсутствии нейтрального провода.

10.2. Подготовка к работе

10.2.1. Изучив описание данной работы, необходимый материал по учебнику, конспекту лекции и литературным источникам, ответьте на все вопросы для самопроверки.

10.2.2. Проведите предварительные расчеты.

10.2.3. Заготовьте табл. 10.1, 10.2.

10.2.4. Нарисуйте электрическую схему эксперимента.

10.3. Предварительный расчет

Схема рассчитываемой цепи представлена на рис. 10.1.

Рис. 10.1

Сопротивления линейных проводов Z_Aa, Z_Bb, Z_Cc в расчёте считаем равными нулю. Целью расчета будет нахождение токов напряжений , мощностей , ( =P+jQ), W₁=Re{ }, W₂=Re{ }. Как и в предыдущей работе, r – активное сопротивление элементарного приемника в каждой фазе, n_а, n_b, n_с – количество включенных параллельно элементарных приемников (r, n_а, n_b, n_с задается преподавателем). Эффективные значения фазных напряжений U_OA=U_OB=U_OC=220/ В. Расчет для каждого типа приемника проводится в двух вариантах: с нейтральным проводом (Z_OO’=0), без нейтрального провода (Z_OO’=∞). Результаты расчета оформляются в соответствии с табл. 10.1 для предлагаемых ниже вариантов реализации сопротивлений.

10.3.1. Симметричный активный приемник (n_а=n_b=n_с) Z_a=r_a=r/n_a, Z_b=r_b=r/n_b, Z_c=r_c=r/n_c.

10.3.2. Симметричный активно-реактивный приемник (n_а=n_b=n_с как в п.10.3.1). Параллельно каждому из r_а, r_b, r_с включен конденсатор С = 10 мкФ.

10.3.3. Несимметричный активный приемник (n_а≠n_b≠n_с).

10.3.4. Несимметричный активно-реактивный приемник: Z_a=-j/(ωC), С=10 мкФ (n_a=0); Z_B по п. 10.3.2.; Z_C по п.10.3.1.

10.3.5. Постройте по результатам расчетов векторные диаграммы токов и напряжений.

10.4. Порядок выполнения работы

Соберите схему по рис. 10.2, в которой в качестве резистивных элементов приемников Z_a, Z_b, Z_c использованы ламповые реостаты стенда.

Количество включаемых в каждом опыте ламп определено в п. 10.3.

Пределы измерения приборов должны удовлетворять результатам расчетов по п. 10.3.

Рис. 10.2

Таблица 10.1

Рассчитываемая величина	С нейтральным проводом				Без нейтрального провода
	1	2	3	4	1	2	3	4
IA, IB, IC, φIA, φIB, φIC UO’A, UO’B, UO’C φUa, φUb, φUc Pa, Pb, Pc Qa, Qb, Qc W1, W2 UOO’ IO, φIo ,φuoo’

10.4.1. Исследуйте работу цепи с симметричным активным приемником. Количество включенных элементарных приемников n_а, n_b, n_с определено в п. 10.3.1. Замкните B₁ (система с нейтральным проводом). Измерьте все указанные в табл. 10.2 величины и запишите их в столбец 1. Разомкните B₁ (система без нейтрального провода). Проведите все измерения и результаты внесите в столбец 1’.

10.4.2. Исследуйте работу цепи с несимметричным активным приемником. Установите в соответствии с п. 10.3.3 n_а, n_b, n_с. Замкните В₁. Результаты измерений занесите в столбец 3. Разомкните В₁. Результаты измерений запишите в столбец 3’.

10.4.3. Исследуйте работу цепи с симметричным активно-реактивным приемником, n_a, n_b, n_c выбираются по п. 10.3.2. Параллельно каждой группе ламп включите С=10 мкФ. Блок конденсаторов соедините с клеммами c-z, замкнув тумблер «10». Замкните B₁. Проведите необходимые измерения и результаты запишите в столбец 2. Разомкните В1. Результаты измерений для этого случая внесите в столбец 2’.

Таблица 10.2

Измеряемая величина	С нейтральным проводом (В1- замкнут)				Без нейтрального провода (В1- разомкнут)
	1	2	3	4	1’	2’	3’	4’
IA, IB, IC, IO, UOO’ UAO, UBO, UCO W1, W2 UAB, UBC, UCA Uao’, Ubo’, Uco’

10.4.4. Исследуйте работу цепи с несимметричным активно-реактивным приемником. Отключите конденсатор приемника Z_c, разомкнув тумблер «10». Установите n_а=0 (все ламповые приемники выключены), n_b и n_c установите по п. 10.3.1. Замкните B₁. Результаты измерений всех величин запишите в столбец 4. Разомкните B₁. Результаты измерений внесите в столбец 4’.

10.5. Обработка результатов измерений

10.5.1. Сравните результаты измерений токов и напряжений и результаты теоретических расчетов. Проанализируйте их и сделайте выводы.

10.5.2. Вычислите активную P=W₁+W₂ и реактивную Q= (W₁-W₂) мощности. Найдите эти же мощности из соотношений Р=Р_а+Р_b+Р_с и Q=Q_a+Q_b+Q_c. Проанализируйте теоретические и экспериментальные результаты и сделайте выводы о практической применимости метода двух ваттметров для измерения активной и реактивной мощности.

10.5.3. По результатам измерений постройте векторные диаграммы фазных и линейных напряжении источника (U_AO, U_BO, U_CO, U_AB, U_BC, U_CA).

10.5.4. По результатам измерений постройте векторные диаграммы для фазных напряжений приемника (U_АO’, U_BO’,U_CO’) с учетом сохранения полной симметрии системы линейных напряжений независимо от наличия или отсутствия нейтрального провода.

10.5.5. По данным измерений постройте векторные диаграммы для токов I_A, I_B, I_C, I_O, для тех случаев, когда окажется достаточно полученной в опыте информации, определите, в каких случаях это оказалось невозможным и какие дополнительные измерения следует провести.

10.6. Вопросы для самопроверки

10.6.1. Нарисуйте общую схему трехфазной цепи, в которой источники фазных ЭДС и сопротивления приемника включены звездой. На схеме учтите сопротивления линейных и нейтрального проводов?

10.6.2. Как аналитически выразить фазные и линейные ЭДС в действительном и комплексном виде? Какая система электрических величин является симметричной?

10.6.3. Как осуществляется расчет симметричных трехфазных цепей при соединении приемника звездой? Какие соотношения имеют место между фазными и линейными токами и напряжениями в этом случае?

10.6.4. Как рассчитать фазные токи при несимметричном режиме работы приемника?

10.6.5. Как найти падение напряжения и ток в нейтральном проводе?

10.6.6. Как рассчитать активную, реактивную и полную мощности для симметричного и несимметричного приемников?

10.6.7. По каким схемам могут быть включены ваттметры при симметричном и несимметричном приемниках, если имеется или отсутствует нейтральный провод?

10.6.8. Как построить векторные диаграммы фазных и линейных токов и напряжений для симметричного и несимметричного приемников при наличии или отсутствии нейтрального провода?

10.6.9. Что изменится в расчетах, если линейные провода будут иметь отличное от нуля сопротивление?

10.6.10. В каких пределах будет изменяться ток в нейтральном проводе, если в одной из фаз ток изменяется от нуля до значения, соответствующего симметричному режиму (сопротивления приемников активны)?

10.6.11. Как изменятся эти пределы (п. 10.6.10), если изменения тока будут проходить сразу в двух фазах?

10.6.12. Как изменятся фазные напряжения в симметричной системе без нейтрального провода, если в одной из фаз произойдет обрыв? Как будет выглядеть векторная диаграмма фазных напряжений в этом случае?

10.6.13. Как изменятся фазные напряжения в симметричной системе без нейтрального провода, если в одной из фаз произойдет короткое замыкание? Какой вид векторной диаграммы фазных напряжений в этом случае?