Лабораторная работа №4
Исследование трехфазной цепи переменного тока при соединении электроприемников по схеме «звезда»
Цель работы
1. Ознакомиться с режимом работы трехфазного приемника, соединенного по схеме «звезда».
2. Определить соотношение между линейными и фазными параметрами цепи при различных режимах работы трехфазного приемника.
3. Изучить некоторые аварийные режимы в трехфазной цепи переменного тока при соединении приемника по схеме «звезда».
2. Определить соотношение между линейными и фазными параметрами цепи при различных режимах работы трехфазного приемника.
3. Изучить некоторые аварийные режимы в трехфазной цепи переменного тока при соединении приемника по схеме «звезда».
Содержание работы
1. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке, соединенной по схеме «звезда» с нейтральным проводом и без него.
2. Исследовать работу трехфазной цепи при обрыве нейтрального провода в случае симметричной и несимметричной нагрузки.
3. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной нагрузке, соединенной по схеме «звезда» при обрыве линейного провода.
2. Исследовать работу трехфазной цепи при обрыве нейтрального провода в случае симметричной и несимметричной нагрузки.
3. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной нагрузке, соединенной по схеме «звезда» при обрыве линейного провода.
Порядок выполнения работы
1. Собрать в виртуальной лаборатории Circuit Simulator, с помощью изученных методов, схему трехфазной электрической цепи переменного тока согласно рисунку 20. В результате должна получиться схема, похожая на ту, которая приведена на рисунке 21. Ваша схема может отличаться от нее, т.к. важны электрические соединения, а не внешний вид схемы.
На рисунке 21 для удобства настройки режима работы схемы добавлены три ползунка, которые изменяют сопротивления фазных резисторов RA, RB и RC. Пределы изменения сопротивлений резисторов рекомендуется установить от 200 Ом до 2,5 кОм, но Вы можете подобрать их удобными для своего варианта.
2. Установить параметры источников переменного напряжения и элементов схемы согласно Вашего варианта. Для начала установите одинаковые сопротивления всех резисторов, которые будут равны сопротивлению R, заданному для Вашего варианта.
На рисунке 21 для удобства настройки режима работы схемы добавлены три ползунка, которые изменяют сопротивления фазных резисторов RA, RB и RC. Пределы изменения сопротивлений резисторов рекомендуется установить от 200 Ом до 2,5 кОм, но Вы можете подобрать их удобными для своего варианта.
2. Установить параметры источников переменного напряжения и элементов схемы согласно Вашего варианта. Для начала установите одинаковые сопротивления всех резисторов, которые будут равны сопротивлению R, заданному для Вашего варианта.
Рисунок 20
Рисунок 21
Обратите внимание на то, что нужно задать действующее значение напряжения источника, а в программе задается амплитудное. Для получения амплитудное значения напряжения нужно действующее напряжение (оно дано в таблице 2) разделить на корень квадратный из двух. Например, если дано напряжение источника U = 220 В, то амплитудное значение составит Umax = 220 / 0,707 = 311 В и именно это значение нужно ставить в настройки источника. Если параметры заданы верно, то фазные вольтметры в режиме "звезда с нейтралью" покажут значения близкое к действующему. В нашем примере - близкое к 220 В.
Фазы напряжений источников нужно установить для фазы А - 0 °, для фазы В - 120 °, для фазы С - 240 °.
Частоту переменного напряжения источников для всех вариантов нужно установить равную 50 Гц.
3. Настроить вольтметры на измерение среднеквадратичного напряжения, а амперметры - на измерение среднеквадратичного тока.
4. "Запустить" схему, нажав кнопку "START/stop", если она не была нажата. В "нажатом" состоянии (при запущенной симуляции схемы) эта кнопка окрашена в серый цвет, а в "отпущенном" состоянии (при остановленной симуляции схемы) - в красный.
5. Зарисовать в отчет таблицу 8.
Фазы напряжений источников нужно установить для фазы А - 0 °, для фазы В - 120 °, для фазы С - 240 °.
Частоту переменного напряжения источников для всех вариантов нужно установить равную 50 Гц.
3. Настроить вольтметры на измерение среднеквадратичного напряжения, а амперметры - на измерение среднеквадратичного тока.
4. "Запустить" схему, нажав кнопку "START/stop", если она не была нажата. В "нажатом" состоянии (при запущенной симуляции схемы) эта кнопка окрашена в серый цвет, а в "отпущенном" состоянии (при остановленной симуляции схемы) - в красный.
5. Зарисовать в отчет таблицу 8.
Таблица 8
Пояснение. Название первых 4-х режимов состоит из двух частей.
Первая - это нагрузка симметричная или несимметричная. При симметричной нагрузке сопротивления всех фаз равны, т.е. RA = RB = RC = R. При несимметричной нагрузке сопротивления фаз не равны, т.е. RA ≠ RB ≠ RC. Для практического применения в лабораторной работе примем RA = R/2; RВ = R; RС = 1,5·R.
Вторая - это работа схемы с нейтралью (c N) или без нейтрали (без N). За включение нейтрали отвечает выключатель S2. Если S2 замкнут, то схема работает с N, Если S2 разомкнут, то схема работает без N. При этом S1 всегда (кроме последнего режима) замкнут.
6. Зная принцип названия режимов настроим схему на режим симметричной нагрузки с нейтралью. Для этого нужно замкнуть выключатели S1, S2 и выставить одинаковые сопротивления RA = RB = RC = R.
7. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Симметричный с N" таблицы 8. Обратите внимание, что напряжение нужно записывать в вольтах, а ток в амперах. Показания приборов могут быть представлены с учетом кратных и дольных приставок единиц основной величины. Не забывайте переводить их!
8. Настроим схему на режим симметричной нагрузки без нейтрали. Чтобы перейти к этому режиму нужно разомкнуть выключатель S2. Остальные настройки остаются теми же.
9. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Симметричный без N" таблицы 8.
10. Настроим схему на режим несимметричной нагрузки с нейтралью. Чтобы перейти к этому режиму нужно замкнуть выключатель S2. Сопротивления резисторов выставить следующими: RA = R/2; RВ = R; RС = 1,5·R.
11. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Несимметричный с N" таблицы 8.
12. Настроим схему на режим несимметричной нагрузки без нейтрали. Чтобы перейти к этому режиму нужно разомкнуть выключатель S2. Остальные настройки остаются теми же.
13. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Несимметричный без N" таблицы 8.
14. Настроим схему на режим обрыва линейного провода. Чтобы перейти к этому режиму нужно замкнуть выключатель S2, разомкнуть S1. Сопротивления резисторов выставить одинаковыми RA = RB = RC = R.
15. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Обрыв линейного провода" таблицы 8.
16. Для всех опытов проверить выполнение равенства (25), для чего вычислить соотношение UAB/UA и записать его в таблицу 8. Сделать вывод с том, в каких режимах работы трехфазной цепи выполняется равенство (25), а в каких нет.
Первая - это нагрузка симметричная или несимметричная. При симметричной нагрузке сопротивления всех фаз равны, т.е. RA = RB = RC = R. При несимметричной нагрузке сопротивления фаз не равны, т.е. RA ≠ RB ≠ RC. Для практического применения в лабораторной работе примем RA = R/2; RВ = R; RС = 1,5·R.
Вторая - это работа схемы с нейтралью (c N) или без нейтрали (без N). За включение нейтрали отвечает выключатель S2. Если S2 замкнут, то схема работает с N, Если S2 разомкнут, то схема работает без N. При этом S1 всегда (кроме последнего режима) замкнут.
6. Зная принцип названия режимов настроим схему на режим симметричной нагрузки с нейтралью. Для этого нужно замкнуть выключатели S1, S2 и выставить одинаковые сопротивления RA = RB = RC = R.
7. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Симметричный с N" таблицы 8. Обратите внимание, что напряжение нужно записывать в вольтах, а ток в амперах. Показания приборов могут быть представлены с учетом кратных и дольных приставок единиц основной величины. Не забывайте переводить их!
8. Настроим схему на режим симметричной нагрузки без нейтрали. Чтобы перейти к этому режиму нужно разомкнуть выключатель S2. Остальные настройки остаются теми же.
9. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Симметричный без N" таблицы 8.
10. Настроим схему на режим несимметричной нагрузки с нейтралью. Чтобы перейти к этому режиму нужно замкнуть выключатель S2. Сопротивления резисторов выставить следующими: RA = R/2; RВ = R; RС = 1,5·R.
11. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Несимметричный с N" таблицы 8.
12. Настроим схему на режим несимметричной нагрузки без нейтрали. Чтобы перейти к этому режиму нужно разомкнуть выключатель S2. Остальные настройки остаются теми же.
13. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Несимметричный без N" таблицы 8.
14. Настроим схему на режим обрыва линейного провода. Чтобы перейти к этому режиму нужно замкнуть выключатель S2, разомкнуть S1. Сопротивления резисторов выставить одинаковыми RA = RB = RC = R.
15. Измерить напряжения и токи в этом режиме и записать их значения в строку с наименованием режима "Обрыв линейного провода" таблицы 8.
16. Для всех опытов проверить выполнение равенства (25), для чего вычислить соотношение UAB/UA и записать его в таблицу 8. Сделать вывод с том, в каких режимах работы трехфазной цепи выполняется равенство (25), а в каких нет.
17. Построить в масштабе на миллиметровой бумаге векторную диаграмму токов и напряжений для всех опытов, по которым определить величину тока в нейтральном проводе, выраженную через масштаб векторной диаграммы.
18. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для четвертого опыта. Определить через построение значение напряжения между нейтральными точками UnN.
19. По результатам четвертого опыта проанализировать перераспределение фазных напряжений.
20. Сделать заключение о работе нагрузки в режиме обрыва линейного провода, анализируя результаты последнего опыта.
Примечание. Методики построения векторных диаграмм для лабораторных работ приведены здесь: https://vk.com/album-10828412_94791582.
18. Построить векторную диаграмму токов и напряжений для четвертого опыта. Определить через построение значение напряжения между нейтральными точками UnN.
19. По результатам четвертого опыта проанализировать перераспределение фазных напряжений.
20. Сделать заключение о работе нагрузки в режиме обрыва линейного провода, анализируя результаты последнего опыта.
Примечание. Методики построения векторных диаграмм для лабораторных работ приведены здесь: https://vk.com/album-10828412_94791582.
Контрольные вопросы
1. Что значит симметричная и несимметричная нагрузка в трехфазных цепях?
2. Каковы соотношения между величинами токов и напряжений, если нагрузка симметрична?
3. Что понимается под явлением «смещение нейтрали» в трехфазных четырехпроводных цепях?
4. Каким образом находится ток в нейтральном проводе четырехпроводной трехфазной цепи, если нагрузка симметрична?
5. В каких случаях можно использовать трехфазную трехпроводную цепь?
2. Каковы соотношения между величинами токов и напряжений, если нагрузка симметрична?
3. Что понимается под явлением «смещение нейтрали» в трехфазных четырехпроводных цепях?
4. Каким образом находится ток в нейтральном проводе четырехпроводной трехфазной цепи, если нагрузка симметрична?
5. В каких случаях можно использовать трехфазную трехпроводную цепь?
Отчет
Для отчета по лабораторной работе №4 нужно пройти тест https://testserver.pro/hh/p/9974. Тест нужно пройти с количеством попыток не более трех. Если это число попыток превышено, то отчет будет проходить в формате собеседования.
