6.6 Контрольні питання

1. Який пристрій називають чотириполюсником?

2. Який чотириполюсник вважається активним?

3. Який чотириполюсник вважається пасивним?

4. Якими параметрами визначаються коефіцієнти чотириполюсника?

5. Методи визначення коефіцієнтів чотириполюсника.

6. Як залежить коефіцієнт передачі чотириполюсника і його К.К.Д. від опору навантаження?

Лабораторна робота № 7 ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНИХ КІЛ ЗМІННОГО СТРУМУ, З'ЄДНАНИХ ЗА СХЕМОЮ «ЗІРКА-ЗІРКА»

7.1 Мета роботи: Дослідження особливостей роботи і властивостей трифазних кіл при сполученні зіркою фаз джерела і приймача.

7.2 Зміст роботи:

Для заданого електричного кола (рис.7.1):

- встановити задані параметри джерел живлення;

- дослідити роботу трифазного кола, з'єднаного за схемою «зірка-зірка», у різних режимах;

- провести необхідні вимірювання величин напруг і струмів. при оцінці похибок електровимірювальних приладів взяти в якості межі вимірювань Iмах = 250А (для амперметрів) та Vмах=500 В (для вольтметрів), а за клас точності прийняти δ = 0,1 для всіх приладів;

- побудувати векторні діаграми струмів і напруг при різних режимах роботи схеми.

Рисунок 7.1 - Електрична схема для дослідження режимів роботи трифазного кола, з'єднаного за схемою «зірка-зірка»

7.3 Теоретичні відомості

Трифазна система Е.Р.С.

У трифазному генераторі із трьома самостійними обмотками, які мають просторовий зсув одна до одної величиною 120, утворюється трифазна симетрична система Е.Р.С. початкові фази яких, відповідно, мають такий же зсув (120) одна до одної. На рис. 7.2 обмотки зображені при t = 0.

Рівняння для Е.Р.С., які виникають при обертанні ротора, мають вигляд:

Цим рівнянням відповідають графіки Е.Р.С. і діаграма, зображені на рис. 7.3.

Рисунок 7.2 – Схема трифазного генератора

Комплекси діючих величин цих Е.Р.С.:

.

Вектори Е.Р.С. обертаються проти годинникової стрілки, і мимо нерухомої осі +j вони проходитимуть в наступному порядку: (т. зв. пряма послідовність фаз).

Рисунок 7.3 – Графіки і векторна діаграма симетричної системи е.р.с.

Незв'язана та зв'язана трифазні системи електричних кіл

Якщо кожну обмотку трифазного генератора з'єднати з своїм приймачем, утворюються три незалежні кола (три фази) (рис. 7.4,а). Якщо у трифазному колі діє симетрична система Е.Р.С, то, при однакових комплексних опорах фаз струми у фазах також утворюють симетричну систему (будуть рівними за величиною і зсунуті по фазі на кут 120, рис.7.4,б).

У незв'язаній трифазній системі генератор з приймачем енергії з'єднується шістьма провідниками; внаслідок великої кількості сполучних провідників такі системи практично не застосовуються.

Скорочення числа сполучних провідників досягається у зв'язаних системах, де обмотки генератора, як і окремі фази приймача, електрично зв'язані між собою і утворюють трифазні кола. У техніці та на виробництві

а) б)

Рисунок 7.4 – Незв'язана трифазна система електричних кіл

застосовуються схеми з'єднання трифазних кіл зіркою і трикутником.

Сполучення «зіркою» при симетричному навантаженні

На рис.7.5 показана зв'язана система при сполученні фаз джерела енергії і приймача «зіркою».

Рисунок 7.5 – Зв'язані трифазні системи електричних ланцюгів при сполученні зіркою

При такому з’єднанні кінці обмоток джерела X, Y, Z з'єднуються в загальну точку N, т.зв. нульову точку або нейтраль.

У випадку зв'язаної чотирипровідної системи нульові точки джерела енергії і приймача сполучаються провідником, який називається нульовим або нейтральним (рис.7.5,а).

У випадку зв'язаної трипровідної системи, яка реалізується при симетричній системі Е.Р.С. та струмів, струм у нульовому провіднику відсутній за визначенням і у наявності самого провідника немає потреби (рис. 7.4,б).

Фазні та лінійні напруги

Різниця потенціалів між лінійними затискачем і нейтраллю, тобто між початком і кінцем фази, визначає фазну напругу (U_A, U_B, U_С) яка відрізняється від Е.Р.С. на величину падіння напруги у відповідній обмотці. Якщо опором обмоток можна нехтувати, то фазні напруги джерела співпадають за величиною із Е.Р.С. (рис. 7.6,а).

Різниця потенціалів між кожною парою лінійних дротів називається лінійною напругою ( ), яка безпосередньо визначається через фазну напругу (рис. 7.6,б):

а) б)

Рисунок 7.6 – Векторні діаграми напруг при сполученні обмоток джерела «зіркою»

З діаграми рисунка 7.6,б можна одержати співвідношення між лінійними і фазними напругами для симетричної системи:

Комплекси фазних та лінійних напруг визначаються наступним чином:

,

.

Фазні і лінійні струми

Струми у фазах джерела і приймача називають фазними, а у лінійних провідниках – лінійними.

При сполученні зіркою в точках переходу з джерела в лінію розгалужень немає, тому фазні і лінійні струми однакові між собою в кожній фазі:

.

Схема сполучення фаз приймача «зіркою» приведена на рис. 7.7,а.

Розрахунок трифазного кола у симетричному режимі (трьохпровідна система) зводиться до розрахунку однієї фази і виконується аналогічно розрахунку ланцюга однофазного синусоїдального струму. Так, при сполученні приймача зіркою рівняння першого закону Кірхгофа (для нульової точки) має вигляд:

.

а) б)

Рисунок 7.7 – Схема сполучення фаз приймача зіркою (а) і векторна діаграма для комплексів фазних і лінійних напруг на опорах приймача (б)

Струм у фазі «а» визначається за законом Ома:

.

Для решти фаз значення модулів струмів такі ж самі, а початкові фази мають зсув на 120.

Для чотирьохпровідної системи (при несиметричному навантаженні) за схемою «зірка» з нульовим дротом потенціал загальної точки фаз приймача залишається рівним нулю і для цієї точки виконується рівняння першого закону Кірхгофа :

.

Векторна діаграма для комплексів фазних і лінійних напруг та фазних струмів приведена на рис. 7.7,б.

Струми у фазах навантаження при цьому визначаються таким же чином, як і для симетричного режиму:

При з’єднанні генератора з приймачем «зіркою» без нульового провідника і виникненні несиметрії навантаження в одній з фаз, потенціал нейтральної точки приймача відрізнятиметься від нуля (рис. 7.8). Наприклад, в трифазному навантаженні, що складається з активних опорів R_a, R_b, R_c, із зменшенням R_a (при R_b=R_c) нейтральна точка фаз приймача на векторній діаграмі зміщуватиметься вгору по напряму напруги аж до точки «а» діаграми при КЗ (R_a=0). Напруга U_a при цьому зменшиться до нуля при одночасному підвищенні напруг на фазах U_b і U_c до лінійних напруг U_ab и U_ca (проміжні значення цих напруг позначені штриховими лініями).

Рисунок 7.8 – Потенційна діаграма напруг в приймачі, сполученому «зіркою», при виникненні несиметрії

Якщо ж, навпаки, R_a буде поступово збільшуватися від початкового симетричного навантаження аж до ХХ ( ), то нейтральна точка «n'» зміщуватиметься від точки n вниз до точки n_x. Напруга U_a збільшиться при цьому до значення:

,

а напруга U_b і U_c зменшаться до значення .

При обриві лінійного провідника А струм у фазі «а» відсутній (I_a=0) і трифазна система перетворюється на однофазний ланцюг з послідовним з'єднанням елементів R_b і R_c і струмом .

Потужність в трифазній системі визначається як сума потужностей, споживаних фазами приймача.

Сумарна активна потужність:

,

де – кути зсуву фаз між векторами фазних напруг і струмів.

Сумарна реактивна потужність:

.

Повна потужність:

S_Σ = P_Σ + Q_Σ/