Определение параметров всей электрической цепи и ее элементов.

Полные проводимости У и сопротивление Z как всей цепи, так и отдельных ветвей – катушки и конденсатора, определяются по показаниям вольтметра V и соответствующих амперметров в общей цепи I, в цепи катушки I_к и в цепи конденсатора I_L:

; ; .

Активное сопротивление катушки r определяется по показаниям ваттметра P и амперметра в цепи катушки I_к: .

Тогда .

Коэффициент мощности cosφ всей цепи и катушки определяется по показаниям ваттметра P, вольтметра V и соответствующих амперметров, в общей цепи I и в цепи катушки I_к:

; .

Реактивные составляющие ток I_L и проводимости катушки b_L:

I_L= I_к sinφ _к; .

Емкость конденсатора C:

 

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рис.4.8.

 

Рис.4.8. Схема электроустановки

 

2. Изменяя емкость (включением с помощью тумблера различных комбинаций конденсаторов), установить в цепи режим резонанса токов. Резонанс наступает при минимальном значении общего тока I=I_мин. Емкость, соответствующая резонансу, называется резонансной. Произвести измерение напряжения U, общего тока I, тока в ветви с индуктивностью I_к, тока в ветви с емкостью I_c и мощности P. Данные измерений занести в таблицу. Изменяя затем емкость на 0.5–2 мкф, произвести измерения для 4-х точек при емкостях меньших резонансной C₀ и для 4-х точек при емкостях больших резонансной емкости.

3. Полученные данные свести в следующую таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1

№ п/п

Измерено

Вычислено

U, B

I, A

IК, A

IС, А

rК, Ом

Z, Ом

P, Вт

XС, Ом

С, мкФ

ZК, Ом

cosφ

ХL, Ом

IL, А

сosφ к

…

 

4. По данным опыта определить параметры всей цепи (полное сопротивление Z и cosφ и её элементов, полное сопротивление катушки Z_к, активное сопротивление катушки r_к, коэффициент мощности катушки cosφ _к, реактивный ток I_L, емкостное сопротивление x_c и емкость С).

; ; ; .

; ; .

; .

5. По данным опыта и вычислений построить в масштабе зависимости

Z= f(C); I= f(C); cosφ = f(C)

6. Построить методом засечек векторные диаграммы токов для трех отсчетов:

при резонансе b_L= b_C

при b_L> b_C

при b_L< b_C

 

Контрольные вопросы.

1. Как и почему изменяется ток в цепи, содержащей индуктивную катушку, если параллельно катушки включить конденсатор?

2. Каким должно быть соотношение реактивных проводимостей катушки и конденсатора, чтобы ток в общей цепи опережал напряжение?

3. Каково условие резонанса токов?

4. Способ повышения коэффициента мощности с помощью конденсаторных батарей и его экономическое значение.

5. Почему при резонансе токов ток в общей цепи имеет наименьшее значение?

 

6. Начертить векторную диаграмму, соответствующую изображенной схеме:

 

 

7. Начертить схему замещения, для которой изображена следующая векторная диаграмма:

 

 

Работа 5. Исследование цепи трехфазного тока при симметричной и

Несимметричной нагрузках фаз.

Соединение звездой и треугольником.

 

Цель работы:

1. Экспериментальная проверка соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении звездой и треугольником.

2. Изучение особенностей режимов работы трехфазных цепей при соединении приемников звездой и треугольником.

3. Изучение способов измерения мощности в трехфазных цепях.

Пояснения к работе.

Трехфазные цепи в современной электроэнергетике получили наибольшее распространение благодаря их преимуществам в отношении экономичного передачи электрической энергии, а также возможностей получения кругового вращающегося магнитного поля и двух эксплуатационных напряжений в одной установке – фазного и линейного.

Основными способами соединений фаз обмоток генераторов, трансформаторов, электродвигателей и других приемников являются соединения звездой и треугольником.

Соединение звездой.

При соединении фаз обмоток генераторов или приемников в звезду из конца (x, y, z) или начала (A, B, C) соединяют в одну большую точку, которая называется нейтральной точкой (рис.5.1). Провод, соединяющий нейтральные точки генератора О’ и приемника О называется нейтральным или нулевым: остальные провода – линейными. Напряжение между линейным проводом каждой фазы генератора или приемника и нулевым проводом, а также токи в фазах, называют фазными: U_ф, I_ф. Токи в линейных проводах и напряжения между ними называют, соответственно, линейными: U_л, I_л.

Нагрузка называется симметричной, если сопротивление всех фаз одинаковы по величине и характеру: z_a= z_b= z_c.

Если это условие не выполняется, то нагрузка будет несимметричной, при этом она может быть равномерной, если одинаковы величины (модули) сопротивления фаз, т.к. z_A= z_B= z_C.

 

Рис.5.1. Схема соединения звездой.

При соединении звездой по фазе течет тот же ток, что и в линейном проводе. Поэтому I_ф=I_л. Линейные напряжения являются векторной разностью соответствующих фазных напряжений:

; ; . (5.1)

Векторная диаграмма для рассматриваемого соединения представлена на рис.5.2. За основу диаграммы взяты три вектора фазных напряжений , углы между которым равны 120˚.

По отношению к каждому из этих направлений вектор соответствующего фазного тока сдвинут на угол φ, величина которого зависит от характера нагрузки и определяется по формуле: где r_ф и x_ф – соответственно активное и реактивное сопротивления фазы нагрузки.

Векторы линейных напряжений строятся по уравнениям (5.1).

При симметричной нагрузке токи в фазах будут одинаковыми, а длина каждого из векторов линейного напряжения будет в раз больше длины вектора фазного напряжения (см.рис.5.2).

 

 

Рис.5.2. Векторная диаграмма напряжений и токов

в соединении звездой.

При несимметричной нагрузке и наличии нейтрального провода напряжения на каждой фазе приемника U_a, U_b, U_c при изменениях нагрузки практически остаются неизменными и равными соответствующим фазным напряжениям генератора U_a, U_b, U_c. Это связано с тем, что сопротивление нейтрального провода обычно значительно меньше сопротивления фаз приемника. Следовательно, нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Поэтому режимы работы каждой фазы нагрузки, находящейся под неизменным фазным напряжением генератора, не будет зависеть от режима работы других фаз. Расчет токов в фазах нагрузки и в нулевом проводе, если пренебречь падением напряжений в нейтральном и линейном проводах, осуществляется на основе следующих соотношений:

(5.2)

Если сопротивлением нейтрального провода не пренебрегать, то при I_o= 0 напряжения на фазах нагрузки не будут равны соответствующим напряжениям генератора. В этом случае рассчитывается напряжение между нейтральными точками генератора и приемника:

(5.3)

где – комплексные проводимости фаз нагрузки и нейтрального провода.

Напряжения на фазах нагрузки определяется по следующим соотношениям:

При симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе отсутствует:

и отпадает необходимость иметь этот провод.

Если приемники соединены звездой без нулевого провода, то изменение величины тока в одной из фаз оказывает существенное влияние на работу других фаз. При несимметричной нагрузке и отсутствии нейтрального провода расчет трехфазной цепи осуществляется аналогично. При этом в выражении (5.3) следует положить У₀=0.

Соединение треугольником.

Фазные обмотки генератора или приемника соединяются в треугольники так (рис.5.3), чтобы конец первой фазной обмотки Х соединялся с началом B второй фазной обмотки, а конец У второй обмотки с началом третьей обмотки C и конец Z её с началом A первой обмотки.

Из схемы рис.5.3 видно, что независимо от характера нагрузки напряжение в каждой фазе приемника равно линейному U_ф=U_л. Если напряжения и сопротивления фаз нагрузки заданы, то фазные токи определяются по формулам:

 

 

Рис.5.3. Схема соединения треугольником.

 

Рис.5.4. Векторная диаграмма напряжений и токов

при соединении треугольником.

Линейные токи определяются по фазным токам из уравнений, составленным по первому закону Кирхгофа для узлов A, B, C:

(5.4)

Независимо от характера нагрузки .

Пример векторной диаграммы при соединении приемника треугольником дан на рис.5.4.

При построении векторной диаграммы в качестве исходных берутся три вектора линейных напряжений U_AB, U_BC, U_CA, которые являются вместе с тем и фазными напряжениями. Углы между ними равны 120˚. Затем откладываются векторы фазных токов I_AB, I_BC, I_CA. Векторы линейных токов I_A, I_B, I_C, строятся по уравнениям (5.3). Если нагрузка симметрична, то соотношение между линейными и фазными токами аналогично соотношению между линейными и фазными напряжениями при соединении звездой: . Для рассматриваемого соединения при изменении сопротивления одной из фаз будут изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах соединенных с этой фазой. Режим работы других фаз останется неизменным, так как линейные напряжения генератора постоянны. Поэтому схема соединения в треугольник широко используется для включения несимметричной нагрузки, в частности, в осветительных установках.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I-1. Определение объёма гранта
2. II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГРАНИЦ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЧЕЛОВЕКА
3. II. Определение площади зоны заражения АХОВ.
4. Ill. Самоопределение к деятельности
5. IV.3. Определение преобладания типа темперамента
6. V) Построение переходного процесса исходной замкнутой системы и определение ее прямых показателей качества
7. Абстрактное как абстрактно-всеобщее определение конкретного целого
8. Автоматическая идентификация параметров товарно-транспортных потоков цепей поставок
9. Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями
10. Аксиоматическое определение вероятности
11. Аксиоматическое определение вероятности.
12. Анализ гематологических параметров крови, их изменения в ходе инвазионного процесса