Анализ переходных процесов метод эквивалентного генератора
ТОЭ Компьютерный монтаж Основы Flash Corel DRAW Учебник по схемотехнике Законы Кирхгофа P-CAD Autodesk Mechanical Desktop Электротехника Атомная физика Графический пакет OrCAD Теория множеств Оптическая физика Дифференциалы Интегралы Магнитные свойства Зонная теория Квантовая статистика Квантовая физика Магнитное поле Электростатика Геометрическая оптика Основы теории относительности Волновая функция Главную Исследование однофазного трансформатора Исследование трехфазного асинхронного двигателя Исследование резонансных явлений Исследование  трёхфазных цепей

Расчет электрических цепей на персональном компьютере

Двухпроводная линия как пример цепи с распределенными параметрами. Первичные параметры однородной линии. Дифференциальные уравнения линии. Решение уравнений для установившегося гармонического воздействия. Падающая и отраженная волны в линии. Вторичные параметры: волновое сопротивление, коэффициенты распространения, затухания ослабления и фазы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Исследование трёхфазных цепей при  соединении сопротивлений нагрузки в звезду

Цель работы: экспериментальная проверка соотношений между линейными и фазными величинами и уяснение назначения нулевого провода.

Пояснения к работе

В зависимости от номинального напряжения приёмника и от параметров сети в трёхфазных системах сопротивления нагрузки могут включаться либо в «звезду», либо в «треугольник». Это две основные схемы включения элементов в 3х- фазных системах. Если комплексы сопротивлений фаз одинаковы: Zа= Zв =Zс=Zф,, то нагрузка называется симметричной, в противном случае – несимметричной. Для величин на зажимах генератора удобно употреблять в качестве индексов большие буквы А, В, С. Для величин на зажимах нагрузки – малые буквы: ax, ву, cz или а, в, с.

При соединении нагрузки в звезду и симметричном режиме работы цепи (рис. 9.1) линейные и фазные величины связаны между собой соотношениями:

 , или в комплексной форме:

При несимметричной нагрузке линейные напряжения определяются через фазные по II закону Кирхгофа:

 

U ab = U a – U b ; U bc = U b – U c ; U ca = U c – U a .

Линейные и фазные токи при соединении «звезда» это одни и те же токи, только на разных участках своей фазы, т.е. : 

I a = I a , I B = I b , I C = I c .

Если нагрузка несимметрична, то между нейтральными точками нагрузки 0¢ и источника 0 возникает узловое напряжение UO¢ O , которое называют напряжением смещения нейтрали. В этом случае:

 

  UO¢ O =;

 Ua = UA – UO¢ O , Ub = UB – UO¢ O , Uc=UC – UO¢ O .

Здесь YA, YB, YC, YN – проводимости фаз нагрузки и нулевого провода;

UA,B,C – фазные напряжения генератора, Ua,b,c – фазные напряжения нагрузки. 

При несимметричной нагрузке для выравнивания фазных напряжений приёмника применяется нулевой провод (НП). При симметричной нагрузке ток в нулевом проводе  равен нулю, и провод, собственно, не нужен. При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе определяется по I закону Кирхгофа:

IN = IA + IB + IC .

  Типовая векторная диаграмма для цепи при симметричной R,L-нагрузке, соединённой в звезду, представлена на рис. 9.2.

Домашняя подготовка к работе

1. Изучить тему «Трёхфазные цепи синусоидального тока», познакомиться с целью и пояснениями к данной лабораторной работе. Подготовить схему и таблицы, необходимые для проведения экспериментов.

2. Для Вашего варианта схемы трёхфазной цепи (см. табл. 8.1) рассчитать токи и напряжения нагрузки и построить векторные диаграммы для трёх случаев: нагрузка симметричная; обрыв сопротивления нагрузки по любой одной из фаз при отсутствии нулевого провода; короткое замыкание по любой другой фазе нагрузки при отсутствии нулевого провода.

Результаты расчётов внести в табл. 2 для сравнения с результатами измерений.

 Порядок выполнения работы

1. Используя набор съёмных элементов и элементов на стенде, собрать схему Вашего варианта. Пояснения к формированию сопротивлений нагрузки приведены в примечаниях к таблице вариантов. Нанести общепринятые обозначения сопротивлений и напряжений. В качестве трёхфазного источника использовать источник синусоидального напряжения частотой 50 Гц, имеющийся на стенде.

2. Симметричный режим. Измерить токи Iф, IN, линейные Uab, Ubc, Uca и фазные Ua, Ub, Uc напряжения на нагрузке при включенном и при отключенном нулевом проводе. Результаты измерений внести в табл. 2. Убедиться, что отношение Uл.ср к Uф.ср действительно равно .

3. Режим обрыва фазы. Повторить измерения токов и напряжений при обрыве сопротивления нагрузки для случаев включенного и отключенного нулевого провода. 

4. Режим короткого замыкания. При выполнении этого эксперимента необходимо пригласить преподавателя. Измерения выполнить только при отключенном нулевом проводе. 

5. Сравнить измеренные и расчётные значения токов и напряжений по каждому из пунктов исследования. На векторные диаграммы, построенные при подготовке к работе, другим цветом нанести векторы, соответствующие экспериментальным данным.

Таблица 9.1. Варианты заданий к лабораторной работе № 9.

Вариант

Uф, В

Zax

Zby

Zcz

Обрыв фазы

КЗ фазы

1

12.7

03

R1

R4

В

С

2

22

03+j(26+28)

R4+jL4

R1+j29

С

В

3

33

-j(13+19)

-j(13+19)

-jC4

А

А

4

12.7

j(26+28)

j29

+jL4

В

А

5

33

03+06

R4

R3

С

В

6

38.1

03+j(26+28)

R1+j29

R4+jL4

В

С

7

25.4

01+04

R2

R4

А

В

8

23.2

01+03+04

06

R4

С

А

9

27.7

03+06-jC1

R3-jC4

R4-j(13,15,17,19)

В

С

10

38.1

03+06

R3

R4

А

В

Примечания. В таблице указаны номера элементов, из которых ормируются сопротивления фаз нагрузки.

Например, для варианта 6 указано: Zах = 03 + j(26+28), Zвy = R1+j(29), Zсz = R4+jL4. Это значит, что для фазы А необходимо использовать R-элемент 03 – 100 Ом, индуктивные элементы 26+28 = 20+50 мГн, т.е. Х = wL = = 314*0,07 = 22 Ом. Таким образом, получаем:  Zax = 100 +j22 Ом. Такое же сопротивление в фазе В формируется из элементов: R1 = 100 Ом и индуктивного элемента 29 = 70 мГн. В фазе С сопротивление формируется из регулируемого резистора R4 = 100 Ом и из регулируемого индуктивного элемента  L4 = 70 мГн.

В случаях, когда используются ёмкостные элементы 11 – 19,  их между собой необходимо включать параллельно.

Например, в варианте 9 указано: Zcz = R4 – j(13,15,17,19). Это значит, что активное сопротивление, такое же как в фазах А и В, необходимо установить с помощью регулируемого резистора R4. Ёмкостные же элементы 13,15,17,19 необходимо соединить параллельно, прежде чем включить в фазу C.

6. Во всех случаях измерений при включенном нулевом проводе проверить соотношение напряжений Uл /Uф и сделать вывод о роли нулевого провода. Сформулировать заключение по работе.

Таблица 9.2. Результаты исследования 3х-фазной цепи при соединении

нагрузки в звезду.

Режим

работы

Симметричный

Обрыв фазы

КЗ фазы

Без НП

С НП

Без НП

С НП

Без НП

Расчет

Опыт

Опыт

Расчет

Опыт

Опыт

Расчет

Опыт

Линейные

напряже-

ния

UAB, B

UBС, B

UСА, B

Фазные

напряже-

ния

Ua, B

Ub, B

Uc, B

UN, B

Токи

IA, A

IB, A

IC, A

IN, A

Примечания.

В какой фазе производится обрыв или короткое замыкание сопротивления нагрузки – указано в таблице вариантов.

Опыт при коротком замыкании фазы выполняется обязательно в присутствии преподавателя. 

Вопросы для самоконтроля

1. Напишите соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении приемников в «звезду».

2. Почему при симметричной нагрузке в нулевом проводе отсутствует ток?

3. Какое назначение имеет нулевой провод в трехфазных цепях?

4. Что такое смещение нейтрали? Как его рассчитать и как измерить?

5. Почему короткое замыкание в одной из фаз приемника разрешается устраивать только при выключенном нулевом проводе?

6. Расскажите о порядке построения векторных диаграмм трехфазных цепей при соединении приемников в «звезду».

Переходный процесс (ПП) как частный случай неустановившегося режима. Условия возникновения ПП, длительность ПП. Принцип непрерывности для заряда, потокосцепления и энергии в любой цепи; законы коммутации для линейной цепи. Начальные условия: независимые и зависимые, нулевые и ненулевые, методика определения зависимых начальных условий. Методы анализа ПП как способы решения дифференциального уравнения для модели послекоммутационной цепи.
Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока