Дослідження симетричних і несиметричних режимів роботи трифазного ланцюга змінного напруги

Міністерство освіти Російської Федерації

Пермський Державний Технічний Університет

Кафедра електротехніки та електромеханіки

Лабораторна робота № 5

Дослідження симетричних і несиметричних режимів роботи

трифазного ланцюга змінного напруги при з'єднанні фаз джерела і приймача за схемою «зірка»

Виконав: студент гр.

Перевірив: ст. викладач

Мета роботи: Придбання практичних навичок з'єднання фаз приймачів за схемою «зірка»; експериментальне вивчення розподілів струмів, лінійних і фазних напруг при сім-метричних і несиметричні режими роботи трифазного ланцюга; з'ясування ролі нейтрального проводу.

табл. 1. Паспортні дані електровимірювальних приладів.

Теоретичні відомості

Окремі фази трифазних джерел і приймачів електричної енергії прийнято на практиці з'єднувати за схемою «зірка» чи схемою «трикутник». Для отримання з'єднання «зірка» кінці окремих фаз джерела (приймача) електрично з'єднують між собою. Утворюється при такому з'єднанні загальна точка називається нейтраллю джерела (приймача). На електричних схемах нейтраль джерела прийнято позначати буквою N, а нейтраль прийом-ника буквою n.

Передача електричної енергії від джерела, може здійснюватися за допомогою трьох-дротового (рис. 1) або чьотирьох (рис. 2) повітряної або кабельної лінії.

У трифазної трипровідною системі початку фаз джерела А, В, С з'єднуються за допомогою трьох проводів лінії електропередачі з початками фаз a, b, c трифазного приймача. Нейтраль джерела N і нейтраль приймача n при цьому між собою безпосередньо не з'єднані. У трифазної чьотирьох системі, поряд із трьома проводами, що з'єднують початку фаз джерела і приймача, використовується четвертий дріт, що сполучає нейтраль джерела N з нейтраллю приймача n, що отримав назву нейтрального.

Трифазні джерела електричної енергії виробляють симметрическую систему фазних напруг. Симетрія фазних напруг джерела обумовлює симетрію його лінійних напруг.

Напруження на фазах трифазного приймача, струми і потужності фаз, кути зсуву фаз між фазними напругами, фазними струмами, між напругами і струмами однойменних фаз залежать від величини активних, індуктивних і ємнісних опорів фаз приймача і від числа проводів лінії, що з'єднує трифазний джерело і трифазний приймач .

У разі симетричного трифазного приймача, для якого справедливі наступні три рівності: , , , В трифазного ланцюга, як трипровідною, так і чьотирьох, встановлюється симетричний режим роботи. У цьому режимі напруги на фазах приймача, струми в фазах, активні, реактивні та повні потужності фаз, кути зсуву фаз між фазними напругами, фазними струмами, між напругами і струмами однойменних фаз рівні за величиною. У нейтральному проводі струм відсутній, тобто нейтральний провід не використовується і тому необхідність в ньому в симетричному режимі роботи трифазної-ної системи відпадає. Іншими словами, передачу від трифазного джерела симетричному трифазному приймача доцільно здійснювати за допомогою трипровідною лінії.

Якщо трифазний приймач є несиметричним, тобто опори фаз відрізняються або за величиною, або по характеру, або одночасно і за величиною і за характером, то в трифазної-ной системі, як трипровідною, так і чьотирьох, встановлюється несиметричний ре-жим роботи. У цьому режимі роботи як трифазної трипровідною, так і трифазної чотирьох-провідної системи струми в фазах приймача, активні, реактивні та повні потужності фаз, кути зсуву фаз між струмами, між струмами і напругами однойменних фаз в загальному випадку різні за величиною. Напруження на фазах приймача в трифазній трипровідною ланцюга утворюють несиметричну систему. Ступінь несиметрії напруг фаз приймача визначаються-ється параметрами його фаз, тобто величинами активних, індуктивних і ємнісних опорів. Несиметрія напруг фаз приймача негативно позначається на його роботі і є неприпустимою. Застосування нейтрального проводу, тобто перехід до трифазної чьотирьох системі, дозволяє усунути несиметрію напруг фаз приймача і, як наслідок, поліп-шити робочі характеристики приймача. Тому передача енергії від трифазного джерела несиметричному трифазного приймача здійснюється за допомогою чьотирьох лінії електропередачі.

Робоче завдання

1. Як джерело живлення використовується джерело трифазного змінного напру-ження. Діючі значення напруг фаз , , рівні 127 В, а діючі значен-ня лінійних напруг , , дорівнюють 220 В. Функції приймачів електричної енергії виконують лампи розжарювання трьох лампових реостатів. На схемі (рис. 3) лампові реостати заміщені регульованими за величиною активними опорами , , , З'єднаними в «зірку». Напруження на фазах споживача вимірюються вольтметрами елект-ромагнітной системи з границею вимірювання 300 В. Напруга між нейтраллю джерела N і нейтраллю приймача n вимірюється вольтметром електромагнітної системи з границею вимірювання 150 В. Струми у фазах споживача і струм в нейтральному дроті вимірюються амперметрами електромагнітної системи з межею вимірювання 7,5 і 5 А. Однополюсний ви-кач До в ланцюзі нейтрального дроту дозволяє досліджувати режими роботи трифазної трипровідною системи (вимикач До відключений) і режими трифазної чьотирьох системи (вимикач До включений). Опору проводів, що з'єднують джерело і при-мачів, в лабораторних умовах можуть бути прийняті рівними нулю. При цьому лінійні напруги на затискачах споживача , , за величиною стають рівними лінійним напря озброєнь джерела і утворюють в сукупності симетричну трифазну систему до чинних-ючим значенням 220 В.

2. Досліджуємо роботу електричного кола у режимах, зазначених у табл. 2. Показання електро-вимірювальних приладів, знятих під час проведення роботи, занесемо до табл. 3.

табл. 2. Режими роботи.

3. Розрахуємо, використовуючи отримані дані, опори фаз споживача за формулами, наприклад, для ^3-його досвіду:

Результати розрахунку записуємо в табл. 3.

табл. 3. Досвідчені та розрахункові дані.

Проведемо додаткові дослідження несиметричних режимів роботи електричної ланцюга (табл. 2, досліди 8 і 9). З цією метою замість лампового реостата, включеного у фазу приймача, включається батарея конденсаторів ємністю 40 мкФ.

За отриманими даними розраховуємо активні опори r _b і r _c, ємнісне сопротивле-ня x _ab. При розрахунку ємнісного опору використовуємо вираз, наприклад, для восьмого досвіду:

Висновок: при роботі системи в режимі симетричного навантаження немає необхідності в вико-вання нейтрального проводу, тому що напруги зміщення нейтралі при цьому дорівнює 0.

При виникненні несиметрії у навантаженні відбувається перерозподіл напруги: на фазі з малим навантаженням напруга збільшується, і навпаки. При використанні нейтрального проводу фазні напруги на джерелі і споживача вирівнюються. Чим навантаження більш несиметрична, тим більша напруга зміщення нейтралі: при обриві фази A напруга сме-домлення U _nN = 60 В, а при короткому замиканні в цій же фазі U _nN = 120 В, тобто у два рази більше. Більшою мірою, ніж величина навантаження, на несиметрію впливає її характер: активна, ємність-ва або індуктивна.

Необхідність використання нейтрального проводу виникає тільки при несиметричного навантаження.