ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
Трехфазные нагрузочные цепи
Цель работы:
Экспериментально установить соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами в трехфазной цепи переменного тока при включении резистивных приемников по схеме “звезда” и по схеме “треугольник”.
По экспериментальным данным построить векторные диаграммы токов и напряжений симметричных и несимметричных резистивных приемников.
Экспериментально по методу двух ваттметров определить мощность трехфазного резистивного приемника (по указанию преподавателя).
1. Теоретическое введение
| Совокупность электрических цепей, в которых одним источником энергии создаются три синусоидальные электродвижущие силы одинаковой частоты и амплитуды, векторы которых сдвинуты относительно друг друга на угол 120 0 , называется трехфазной системой. |
Каждая из цепей, входящих в трехфазную систему, называется фазой. Фазы обозначаются первыми буквами латинского алфавита A, B, C. Начала фаз приемников обозначают буквами a, b, c, а концы - x, y, z. Фазы приемника могут соединяться звездой или треугольником. Двигатели с фазным ротором - регулирование координат Дополнительные возможности управлять координатами асинхронного электропривода появляются, если ротор выполнен не короткозамкнутым, а фазным, т.е. если его обмотка состоит из катушек, похожих на статорные, соединенных между собой и выведенных на кольца, по которым скользят щетки, связанные с внешними устройствами. Схематически трехфазная машина с фазным ротором показана на рис. 4.10,а. Фазный ротор обеспечивает дополнительный канал, по которому можно воздействовать на двигатель, - в этом его очевидное достоинство, но очевидна и плата за него: существенное усложнение конструкции, бóльшая стоимость, наличие скользящих контактов
| Звезда - это такое соединение, при котором концы фаз - x, y, z - соединяются в один узел, который называется нейтральной или нулевой точкой. Начала фаз - a, b, c - соединяются с фазами источника - A, B, C. |
Провода, соединяющие приемник с источником, называются линейными; в них протекают линейные токи - IA, IB, IC.
Провод, соединяющий нейтральные точки приемника и источника, называется нейтральным или нулевым. Токи, протекающие в фазах приемника, называются фазными.
Рис. 1. Соединение приемника звездой
В соответствии с первым законом Кирхгофа для нейтральной точки (рис.1) ток в нейтральном проводе равен геометрической сумме фазных токов Iax, Iby, Icz, то есть
.
(1)
Как видно из рис.1, при соединении звездой линейные токи равны фазным, т.е.
. (2)
| Напряжение, действующее между началом и концом фазы приемника, называется фазным (Uax, Uby, Ucz). Напряжение, действующее между началами двух фаз, называется линейным. |
В соответствии
со вторым законом Кирхгофа для выделенного на рис.1 контура линейное напряжение
равно геометрической разности фазных - 
и 
. Аналогичная связь может быть получена и для других контуров,
т.е.
|
|
(3) |
.При подготовке к коллоквиуму запишите второй закон Кирхгофа для выделенного контура и для остальных контуров, чтобы получить соотношение (3).
При симметричной системе фазных напряжений аналитическая связь между действующими значениями фазных и линейных напряжений выражается как:
|
|
(4) |
.| Треугольник - это соединение, при котором конец предыдущей фазы соединяется с началом последующей. |
Рис. 2. Соединение приемника треугольником
Как видно из рис.2, в этом случае фазные напряжения равны линейным, т.е.
.
(5)
В соответствии с первым законом Кирхгофа для узлов za, bx, cy линейные токи в этом случае равны векторной разности соответствующих фазных токов, т.е.
|
|
(6) |
.При подготовке к коллоквиуму запишите самостоятельно уравнение первого закона Кирхгофа для всех узлов треугольника, чтобы получить соотношения (6).
Для симметричных приемников, у которых полные фазные сопротивления равны и углы сдвига фаз между токами и напряжениями также равны, аналитическая связь между действующими значениями линейных и фазных токов выражается следующим соотношением:
|
|
(7) |
.Независимо от схемы соединения фаз приемника, при расчете действующих значений фазных токов можно пользоваться всеми соотношениями, полученными для однофазных цепей.
В случае резистивных приемников векторы фазных токов будут совпадать по фазе со своими фазными напряжениями, в случае индуктивных - отставать, а в случае емкостных - опережать векторы фазных напряжений на некоторый угол, величина которого определяется параметрами данной фазы.
Активная мощность трехфазного приемника равны сумме активных мощностей отдельных фаз, т.е.
|
|
(8) |
.Мощность фазы определяется напряжением, током и коэффициентом мощности.
|
|
(9) |
.В случае симметричного приемника, у которого все фазы идентичны, его мощность будет равна утроенной мощности одной фазы.
|
|
(9) |
.В соответствии с этим, для измерения мощностей симметричных приемников применяется метод одного ваттметра, а для измерения мощности несимметричного приемника - метод трех ваттметров.
При отсутствии нейтрального провода и несимметричном приемнике используется метод двух ваттметров, которые включаются таким образом, чтобы через неподвижные катушки протекали линейные токи, а подвижные - были под линейными напряжениями. В этом случае мощность приемника будет равна сумме показаний ваттметров.