Главная Обратная связь

Дисциплины:






Основные теоретические положения



Совокупность трех однофазных цепей переменного тока, в которых действуют ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе, называется трехфазной системой. Однофазные цепи, входящие в состав трехфазной системы, называются фазами.

Трехфазная система переменного тока была изобретена выдающимся русским инженером М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г. Им были разработаны трехфазный генератор, трансформатор и асинхронный двигатель. Простое устройство, относительная дешевизна, надежность в эксплуатации и лучшие экономические показатели трехфазных генераторов, трансформаторов, асинхронных двигателей, линий электропередач трехфазного тока по сравнению с аналогичными устройствами однофазного тока, возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного – способствовали широкому промышленному внедрению трехфазной системы.

Трехфазная цепь состоит из трех основных частей: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую, линии электропередач и приемников энергии, которые могут быть как трехфазными (например, электродвигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Трехфазный генератор представляет собой синхронную машину. На статоре генератора размещается три фазные обмотки (фазы), смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 1200. При равномерном вращении ротора, выполненного в виде электромагнита постоянного тока, в обмотках генератора в соответствии с законом электромагнитной индукции возбуждаются три синусоидальные ЭДС, взаимно сдвинутые по фазе на 1200.

К фазам генератора подключаются приемники электрической энергии. Нагрузка фаз называется симметричной, если к каждой фазе подключены приемники, имеющие равные по величине и одинаковые по характеру сопротивления. Симметричной нагрузкой являются трехфазные двигатели, трехфазные трансформаторы, электрические печи, несимметричной – осветительная нагрузка и потребители бытового обслуживания (холодильники, телевизоры).

Источники энергии и приемники энергии трехфазной системы могут быть соединены звездой или треугольником.

При соединении звездой концы всех обмоток генератора соединяются в один общий узел N, называемый нулевой или нейтральной точкой источника. Аналогично соединяется звездой трехфазный приемник: концы его фаз соединяются в один общий узел n, называемый нулевой или нейтральной точкой приемника. Начала фаз источника с началом фаз приемника соединяются линейными проводами. Такая трехфазная система называется трехпроводной. В некоторых случаях нейтральную точку генератора N и нейтральную точку приемника n соединяют между собой четвертым проводом – нейтральным или нулевым. Такое соединение называется соединение звездой с нулевым проводом и обозначается Y0, а трехфазная система в этом случае является четырехпроводной.



В трехфазных электрических цепях различают фазные и линейные напряжения и токи. Напряжения между началами отдельных фаз приемника Uab, Ubc и Uca называются линейными, а между началом и концом фаз Ua, Ub, Uc – фазными.

При соединении фаз трехфазного источника звездой справедливо соотношение:

UЛ = UФ (4.1)

Это же выражение справедливо для напряжения на зажимах приемника, но при условии, что нагрузка симметрична или при наличии нейтрального провода при несимметричной нагрузке.

Токи IА, IВ, IС в линейных проводах называют линейными, токи, протекающие по фазам, – фазными, а ток IN в нейтральном проводе называется нейтральным.

При соединении звездой линейные токи равны соответствующим фазным токам:

IЛ = IФ (4.2)

Ток в нейтральном проводе определяется в соответствии с первым законом Кирхгофа:

(4.3) При симметричной нагрузке тока в нейтральном проводе не будет (IN = 0), поэтому нейтральный провод не нужен и его не включают.

Несимметричная нагрузка включается в трехфазную сеть звездой с нейтральным проводом. При этом потенциал нейтральной точки приемника равен потенциалу нейтральной точки генератора, следовательно, фазные напряжения приемника равны соответствующим фазным напряжениям генератора. Изменение фазной нагрузки одной фазы вызывает изменение тока в данной фазе, который влияет на ток только в нейтральном проводе и не влияет на ток в других фазах.

Несимметричную нагрузку нельзя подключать в трехфазную сеть без нейтрального провода. В случае обрыва нейтрального провода (YN = 0) при несимметричной нагрузке между нейтральной точкой источника и приемника возникает напряжение UN и происходит перераспределение напряжений по фазам приемника. На фазах, имеющих большее сопротивление, напряжение будет больше номинального фазного напряжения, приемники перегреются и даже могут сгореть. На фазах, имеющих меньшее сопротивление, напряжение будет меньше номинального, и приемники получат меньшую мощность. Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Плавкий предохранитель в нейтральный провод не ставят, в нейтральный провод также не вводят выключатель.

Соединение приемников энергии звездой применяют в тех случаях, когда их номинальное напряжение меньше линейного напряжения источника в раз.

Задание по работе

4.3.1 Исследовать четырехпроводную трехфазную электрическую цепь при соединении приемников электроэнергии звездой, измерить линейные и фазные токи и напряжения при симметричном и несимметричном режимах работы.

4.3.2 Исследовать трехпроводную трехфазную электрическую цепь при соединении приемников электроэнергии звездой, измерить линейные и фазные токи и напряжения при симметричном и несимметричном режимах работы. Выяснить роль нейтрального провода.

4.3.3 Построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для обрыва фазы и несимметричных режимов работы цепи с нейтральным и без нейтрального провода.

 

4.4 Объект и средства исследования

Исследуемую трехфазную цепь собирают из трех однофазных приемников – регулируемых резисторов ra, rb, rc, соединяемых звездой и включаемых в четырехпроводную или трехпроводную трехфазную цепь. Все элементы цепи смонтированы на панели лабораторного стенда. Напряжение на стенд подается через автоматический выключатель QF. Для измерения токов и напряжений используются многопредельные электроизмерительные приборы непосредственного отсчета амперметры и вольтметр.

 

4.5 Подготовка к выполнению работы

4.5.1 Пользуясь литературными источниками, указанными в списке ли-тературы, конспектом лекций, изучить раздел «Трехфазные электрические цепи» дисциплины «Электротехника, автоматика и ТСА».

4.5.2 Начертить схему для исследования трехфазной электрической цепи при соединении приемников звездой, таблицу для записи результатов измерений.

4.5.3 Записать выражение для определения активной мощности трехфаз-ной цепи.

 

4.6 Методические указания по выполнению работы и обработке результатов эксперимента

4.6.1 Ознакомиться с электроизмерительными приборами и оборудова-нием, используемыми при выполнении работы.

4.6.2 Собрать электрическую цепь включения приемников звездой в соот-ветствии со схемой (рисунок 4.2), представить для проверки преподавателю.

4.6.3 Симметричный режим работы установить по показаниям ампермет-ров (фазные токи должны быть равны).

4.6.4 Измерить линейные и фазные напряжения приемников, напряжение между нейтральными точками, фазные токи, ток в нейтральном проводе при всех режимах работы исследуемой цепи, результаты измерений записать в таблицу 4.1.

4.6.5 Рассчитать мощность отдельных фаз и общую мощность всей цепи ( ).

(4.4)

4.6.6 По результатам измерений в масштабе построить векторные диа-граммы токов и напряжений для обрыва фазы и несимметричных режимов работы цепи с нейтральным и без нейтрального провода.

Построение векторных диаграмм для случая обрыва фазы без нейтрального провода и несимметричной нагрузки без нейтрального провода проводится следующим образом: строится в масштабе треугольник линейных напряжений, из вершин а и в построенного треугольника, радиусом и делаются засечки, которые определяют положение нейтральной точки потребителя n, соединив точку n с вершинами треугольника линейных напряжений, получим векторы фазных напряжений потребителей.

В фазе с векторами фазных напряжений откладываются векторы фазных токов (рисунок 4.1) т.к. нагрузка фаз носит активный характер ( ).

 

Рисунок 4.1 – Векторная диаграмма напряжений и токов при обрыве

фазы а при соединении однофазных приемников звездой

 

Рисунок 4.2 – Схема соединения однофазных приемников звездой

 

Отчетный материал

4.7.1 Схема трехфазной электрической цепи при соединении приемников звездой, таблицы с экспериментальными данными и расчетами.

4.7.2 Векторные диаграммы напряжений и токов для несимметричных режимов работы цепи.

4.7.3 Основные выводы, полученные в результате исследования.

 

 

Таблица 4.1 – Результаты исследований при соединении однофазных

приемников электроэнергии звездой

 

Режим работы цепи Измеренные величины Расчетные величины
IA, А IB, А IC, А IN, А Ua, В Ub, В Uc, В Uab, В Ubc, В Uca, В UN В Pa, Вт Pb, Вт Pc, Вт P, Вт
Соединение приемников звездой с нейтральным проводом
Симмет-ричный                              
Обрыв фазы                                
Несим-метрич-ный                              
Соединение приемников звездой без нейтрального провода
Симмет-ричный                              
Обрыв фазы                              
Несим-метрич-ный                              

Контрольные вопросы

4.8.1 Дайте определение трехфазной системы синусоидального тока.

4.8.2 Поясните преимущества трехфазной системы синусоидального тока в сравнении с однофазной системой.

4.8.3 Укажите способы соединения приемников электроэнергии в трех-фазной системе.

4.8.4 Какое соединение приемников в трехфазной цепи называется сое-динением звездой?

4.8.5 Какие напряжения и токи называются линейными и фазными?

4.8.6 Какая нагрузка называется симметричной?

4.8.7 Каково соотношение между фазными и линейными напряжениями и токами при соединении приемников электроэнергии звездой?

4.8.8 Как определить ток в нейтральном проводе трехфазной цепи при несимметричной нагрузке?

4.8.9 Когда нужен нейтральный провод при подключении в трехфазную сеть потребителей звездой?

4.8.10 Какова роль нейтрального провода? Почему в него не включают предохранители.





sdamzavas.net - 2020 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...