Методическое указание по выполнению лабораторных работ по электротехнике (стр. 7 )

Обрыв нейтрального провода при несимметричной нагрузке

В симметричном режиме In = 0, поэтому обрыв нейтрального провода не приводит к изменению токов и напряжений в цепи и такой режим не является аварийным. Однако, при несимметричной нагрузке In ≠0, поэтому обрыв нейтрали приводит к изменению всех фазных токов и

напряжений. На векторной диаграмме напряжений точка «О» нагрузки, совпадающая до этого с точкой «N» генератора, смещается таким образом, чтобы сумма фазных токов оказалась равной нулю (рис.9.5). Напряжения на отдельных фазах могут существенно превысить номинальное напряжение.

Обрыв фазы при симметричной нагрузке в схеме без нулевого провода

При обрыве, например, фазы А сопротивления Ra и Rb оказываются соединёнными последовательно и к ним приложено линейное напряжение Ubc Напряжение на каждом из сопротивлений составляет √3/2 от фазного напряжения в нормальном режиме.

Нулевая точка нагрузки на векторной диаграмме напряжений смещается на линию ВС и при Rb = RC находится точно в середине отрезка ВС (рис. 9.6)

 

Экспериментально исследовать аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в звезду.

Порядок выполнения работы

• Соберите цепь согласно схеме (рис.9.7) с сопротивлениями фаз Ra=Rb=Rc=1kOm. Измерения токов можно производить одним - двумя амперметрами, переключая их из одной фазы в другую, либо виртуальными приборами.

 

·  Убедитесь, что обрыв (отключение) нейтрали не приводит к изменению фазных токов.

·  Убедитесь, что в схеме с нулевым проводом происходит отключение источника защитой при коротких замыканиях, как в фазах нагрузки, так и между линейными проводами.

·  Убедитесь, что в схеме без нулевого провода короткое замыкание в фазе нагрузки не приводит к отключению, а при коротком замыкании между линейными проводами установка отключается. Проделайте измерения токов и напряжений всех величин, указанных в табл.9.2 в
различных режимах и по экспериментальным данным постройте векторные диаграммы для каждого случая в выбранном масштабе.

Таблица 9.2

Режим	UА, В	UВ, В	UС, В	UN, В	Iа, мА	Ib, мА	IC, мА	IN, мА
RA=1 kOm Rb=680 Ом RC=330 Ом Обрыв нейтрали
Ra=Rb=Rc=1 kOm Схема с нейтралью Обрыв фазы А
Ra=Rb=Rc=1 kOm Схема без нейтрали Обрыв фазы А
RA=RB=Rc=l kOm Схема без нейтрали К. 3. фазы А

Векторные диаграммы

рис. 9.8

Схема с нейтралью, обрыв фазы А

рис. 9.9

Схема без нейтрали, обрыв фазы

рис. 9.10

Схема без нейтрали, короткое замыкание фазы А

рис. 9.11

Контрольные вопросы:

Дайте понятия фазы, линейного и фазного напряжения при соединении нагрузки звездой Напишите выражения для мгновенных и комплексных значений ЭДС, индуцируемых в обмотках генератора? Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями при соединении звездой:

а) симметричных приемников;

б) несимметричных приемников.

4. Какова роль нулевого провода в трехфазной цепи?

5. Почему не ставят предохранитель в нулевой провод?

6. Что такое симметричная нагрузка?

7. По какой формуле можно рассчитать активную мощность?

8. Из каких элементов состоит трехфазная цепь?

Лабораторная работа № 10

Трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник»

В схеме соединения обмоток трехфазного генератора, которую называют треугольником, конец первой обмотки Х соединяют с началом второй обмотки В, конец второй обмотки Y – с началом третьей Z – с началом первой А.

В такой схеме три обмотки генератора образуют замкнутый контур с весьма малым сопротивлением. Однако при симметричной системе э. д.с. в любой момент времени равна нулю. В этом легко убедиться, сложив мгновенные значения трех э. д.с., действующих в обмотках трехфазного генератора:

 

Здесь синус разности двух углов и 2/3 и синус суммы тех же углов разложены по известным формулам тригонометрии, причем учтено, что cos

 

К тому же выводу можно прийти, складывая векторы фазных э. д.с. или комплексные выражения фазных э. д.с. ;

 

 

Из выражения (1) следует, что сумма двух э. д.с. равна третьей, взятой с обратным знаком, например:

 

При соединении обмоток трехфазного генератора треугольником линейный провод отходит непосредственно от общих точек начала одной фазы и конца соседней (A-Z, B-X, C-Y). Поэтому напряжения между линейными проводами (линейные напряжения) в то же время являются фазными напряжениями генератора, т. е.

Опасно неправильное соединение обмоток генератора треугольником, в которой конец первой обмотки Х соединен не с началом В, а с концом Y второй, а начало третьей обмотки С не с концом Y, а с началом В второй.

Поэтому э. д.с. не складывается с остальными э. д.с. обмоток

т. е. по абсолютной величине равна удвоенному значению фазной э. д.с., что при весьма малом сопротивлении обмоток генератора равносильно короткому замыканию.

Если нагрузки (приемники) соединены в трехфазную цепь по схеме «треугольник» (рис. 10.1), нагрузка R ab, Rbc и Rca каждой фазы включается на полное линейное напряжение, которое равно фазному UЛ = UФ

Фазные токи I ab, Ibc и Ica определяются по закону Ома

Линейные токи определяются по первому закону Кирхгофа

При симметричных напряжениях и одинаковых нагрузках фаз Rab = Rbc = Rca = R токи также симметричны:

Это поясняется на векторных диаграммах (рис. 10.2)

Мощность ЕР, потребляемая трехфазной нагрузкой при ее соединении в «треугольник», складывается из мощностей фаз ∑Р = РAB + РBC + Р са.. При симметричной чисто активной нагрузке

При смешанной (активно-индуктивной или активно-емкостной) нагрузке: Активная мощность

Экспериментальная часть

Задание

Для трехфазной цепи с соединением «треугольник» при симметричной и несимметричной омических нагрузках

измерить с помощью мультиметра действующие значения токов IЛ и IФ а также напряжений UЛ, затем вычислить мощности Рф и ∑Р.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь с симметричной нагрузкой (Rab = Rbc = Rca = 1 кОм) согласно схеме (рис. 10.3). Для измерения шести токов (три фазных и три линейных) включите в цепь три мультиметра в режиме измерения токов.