Лабораторная работа № 11. Теоретическая часть

Лабораторная работа № 11

Тема: Исследование трехфазной цепи.

Цель работы: Ознакомление со схемой трёхфазной цепи при соединении приёмников энергии «звездой», установление соотношений между линейными и фазными токами и напряжениями при различной нагрузке фаз.

Теоретическая часть

1. Фазы трехфазного потребителя могут соединяться в звезду или треугольник. В лабораторной работе исследуется активная нагрузка, соединенная в звезду и треугольник.

При соединении в звезду фазный ток равен линейному току I_Ф=I_Л, линейное напряжение больше фазного в √ 3 раз: U_Л=√ 3•U_Ф.

При соединении в треугольник линейное напряжение равно фазному U_Л=U_Ф, а линейный ток больше фазного в √ 3 раз: I_Л=√ 3• I_Ф.

Потребитель считается симметричным, если сопротивления его фаз равны Z_A=Z_B=Z_C и несимметричным, когда Z_A≠ Z_B≠ Z_C.

2. Если обмотки трехфазного генератора соединены звездой, то линия может быть трехпроводной (без нейтрального провода) и четырехпроводной (с нейтральным проводом).

Ток в нейтральном проводе равен геометрической сумму линейных токов:

I_N=I_A+I_B+I_C.

При симметричной нагрузке нейтральный провод бесполезен и его не применяют (ток в нейтральном проводе отсутствует I_N=0). Фазные токи составляют симметричную систему, т. е. их действующие значения равны между собой, а углы сдвига между векторами равны 120º.

Для несимметричной нагрузки напряжение на нейтральном проводе, сопротивлением которого можно пренебречь, равно нулю (U_N=0). Ток в нейтральном проводе существует, его величина зависит от степени несимметрии фазных токов, но обычно он меньше линейных токов.

Если при несимметричной нагрузке нулевой провод будет отсутствовать (Z_N=∞, Y_N=0), то появится напряжение между нейтральными точками источника и приемника. Фазные напряжения не будут составлять симметричную систему, а поэтому фазные токи окажутся несимметричными.

При обрыве одного из линейных проводов „(например, С) возникает напряжение на месте разрыва в 1, 5 раза больше, чем U_Ф. На фазах А и Впоявляются напряжения, которые в сумме равны линейному. Если нагрузка резко несимметричная, то одно из напряжений окажется больше фазного. Нормальная работа потребителей в этом случае невозможна.

Кроме того, фазные напряжения не будут оставаться постоянными, они будут изменяться с изменением сопротивлений фаз потребителя. Таким образом, нейтральный провод выравнивает фазные напряжения при несимметричном потребителе и делает возможным его работу.

3. При соединении потребителя треугольником угол сдвига между фазными напряжением и током зависит от характера нагрузки. При симметричном потребителе линейный ток отстает от соответствующего фазного всегда на угол 30º.

С изменением сопротивления одной из фаз меняются силы тока этой фазы и токи в линейных проводах, но не изменяется режим работы двух других фаз.

Соединение в треугольник исключает возможность появления повышенных напряжений на фазах потребителя при обрыве одного из проводов, как эта бывает при соединении в звезду. Например, при обрыве провода С фазы ВСи САокажутся соединенными последовательно и включенными под линейное напряжение UAB, поэтому при симметричном потребителе на каждой из фаз появится напряжение, равное половине линейного. Напряжение на зажимах фазы АВне изменится и она будет продолжать работать в прежнем режиме.

4. Мощность каждой фазы можно найти по формулам:

S_Ф=U_Ф•I_Ф, P_Ф= U_Ф•I_Ф•cos φ _Ф, Q_Ф= U_Ф•I_Ф•sin φ _Фsin φ _Ф=X/Z, cos φ _Ф=R/Z.

Для несимметричной нагрузки мощность всего трехфазного потребителя

S=√ Р²+Q²,

где Р=Р_А+Р_В+Р_С, Q=Q_А+Q_В+Q_С.

Для симметричного потребителя, соединенного по схеме звезда:

S=√ 3•U_Л•I_Л, Р=3•Р_Ф= √ 3•U_Ф•I_Ф•cosφ _Ф, Q=3•Q_Ф=√ 3•U_Ф•I_Ф•sinφ _Ф

Для симметричного потребителя, соединенного по схеме треугольник:

S=3• S_Ф=√ 3•U_Л•I_Л, Р=3•Р_Ф= √ 3• U_Л•I_Л •cosφ _Ф Q=3•Q_Ф=√ 3• U_Л•I_Л •sinφ _Ф.

12 Следующая ⇒