4.Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) цель работы;

б) схему исследуемой цепи;

в) осциллограммы;

г) таблицы с результатами опытов и вычислений;

д) расчеты;

е) векторные диаграммы;

ж) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Как при параллельном включении потребителей определить величину тока, потребляемого из сети?

2. С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?

3. Как можно определить коэффициент мощности цепи?

4. Как изменятся величина тока, потребляемого из сети, и активная мощность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю включить конденсатор?

5. Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении параллельно индуктивному потребителю конденсатора?

6. Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?

7. Как построить векторную диаграмму для цепи, содержащей параллельно включенные катушку индуктивности и конденсатор?

8. Что такое «резонанс токов»?

Лабораторная работа № 5. ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

1. Цель работы

Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов для трехфазной цепи.

2. Пояснения к работе

Трехфазная система переменного тока имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным током и однофазным переменным током и поэтому получила широкое применение. Чаще всего электрическая энергия вырабатывается, передается и распределяется между потребителями трехфазными системами. Подавляющее большинство электродвигателей является двигателями трехфазного переменного тока.

Существуют различные способы соединения фаз трехфазных источников питания и трехфазных потребителей электроэнергии. При соединении фазных обмоток генератора (или трансформатора) по схеме «звезда» их концы X, Y и Z соединяют в одну общую точку N, называемую нейтральной точкой (или нейтралью) (рис. 1). Концы фаз приемников ( ) – x, y и z также соединяют в одну точку n.

Рис. 1

Провода, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называются линейными, провод, соединяющий нейтральную точку N генератора с нейтральной точкой n приемника – нейтральным.

Трехфазная цепь с нейтральным проводом будет четырехпроводной, без нейтрального провода – трехпроводной.

Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380 В − для питания электродвигателей и 220 В − для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) применяют четырехпроводную систему электроснабжения. Четырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток , называемый нулевым или нейтральным током.

При соединении в звезду ток , протекаемый по фазе источника питания, равен току, протекаемому по линейному проводу фазы А. Этот же ток протекает и по фазе А потребителя. Следовательно, при соединении в звезду фазный ток равен линейному току

.

Напряжение между линейными проводами, называемое линейным напряжением (например, ), оказывается в раз больше, чем фазное напряжение источника питания , или

.

При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда комплексные сопротивления фаз равны между собой , по всем трем фазам протекают одинаковые по величине токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°. Напряжения на всех фазах потребителя также отличаются друг от друга только по начальной фазе на 120° (рис. 2). Ток в нейтральном проводе при этом равен нулю и необходимость в нейтральном проводе при симметричной нагрузке отпадает. При этом напряжение, действующее между нейтральными точками: .

Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4

При включении в разных фазах различных по мощности потребителей (несимметричная нагрузка), токи каждой фазы (в каждом линейном проводе) отличаются друг от друга не только начальной фазой, но и величиной. По нейтральному проводу при этом протекает ток, вектор которого на основании первого закона Кирхгофа равен геометрической сумме векторов фазных токов (рис. 3)

.

Благодаря нейтральному проводу напряжения на каждой фазе приемника будут равны соответствующим напряжениям генератора (или трансформатора). Следовательно, нейтральный провод обеспечивает сохранение симметрии фазных напряжений несимметричного приемника.

Важным преимуществом четырехпроводной цепи является то, что при изменении режима работы одной из фаз режимы других фаз не изменяются, так как нейтральный провод обеспечивает постоянство фазных напряжений.

Обрыв нейтрального провода (трехпроводная система) при несимметричной нагрузке приводит к изменению напряжений на всех фазах потребителей и появлению напряжения смещения нейтрали (рис. 4). Комплексные напряжения на фазах приемника находят из уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа для соответствующих замкнутых контуров системы

.

Следовательно, отсутствие нейтрального провода при несимметричной нагрузке приводит к перекосу фазных напряжений. В результате на одних фазах приемника напряжение будет больше, чем на других, что во многих случаях недопустимо, в частности при питании осветительной нагрузки, когда одни осветительные приборы находятся под напряжением, меньшим номинального, а другие − под напряжением, большим номинального, что приводит к преждевременному выходу приборов из строя. Поэтому в цепи нейтрального провода недопустимо наличие различного рода предохранителей и выключателей.

Положение точки «n» на векторной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей _{, ,} и может быть определено методом засечек (рис. 5) или рассчитано аналитически.

Рис. 5