Дослідження трифазного кола синусоїдного струму при з’єднанні приймачів «зіркою» та «трикутником» у разі симетричного навантаження

Мета роботи – закріплення теоретичних знань про роботу трифазних кіл синусоїдного струму, отримання практичних навичок вимірювання струмів, напруг, потужностей у трифазному колі в разі з’єднання приймачів «зіркою» та «трикутником».

3.1. Постановка задачі

Навчитися складати трифазні схеми і проводити в них вимірювання фазних та лінійних струмів і напруг, а також активної потужності. Експериментально перевірте основні співвідношення фазних та лінійних струмів і напруг в разі симетричного навантаження. Перевірте виконання законів Кірхгофа у трифазних колах.

3.2. Об’єкт дослідження

Схема електричного кола у разі з’єднання приймачів «зіркою» зображена на рис. 3.1. В якості приймачів електричної енергії використовуються резистори R1, R2, R3. Коло, що досліджується, вмикається до трифазної мережі А, В, С, N з лінійною напругою 36 В. Вимірювання напруг здійснюється за допомогою переносного вольтметра PV.

Рисунок 3.1

Напруги: U_AB, U_BC, U_CA – лінійні (між відповідними лініями A, B і C); U_A, U_B, U_C – фазні в мережі (між A, B і C та нейтральним проводом N); U_a, U_b, U_c –

фазні на навантаженні (між началами фаз A, B, C і нейтральною точкою навантаження n); U_N – напруга зміщення нейтралі (між точками N і n).

При з’єднанні навантаження за схемою «зірка» лінійні струми I_A, I_B, I_C дорівнюють відповідним фазним струмам I_a, I_b, I_c. Тому амперметрами PA1, PA2 і PA3 вимірюються лінійні та фазні струми. Амперметром PA4 – струм I_N у нейтральному проводі.

Ватметри PW1 і PW2 вимірюють активні потужності навантажень фаз A і C – P_a і P_c.

В разі симетричного навантаження потужності усіх фаз повинні бути однакові і дорівнюють потужності P_Ф, яка споживається будь-яким фазним навантаженням. Тому активна потужність трифазного симетричного навантаження P_S =3P_Ф.

У разі з’єднання приймачів «трикутником» схема електричного кола подана на рис. 3.2. Тут також в якості приймачів електричної енергії використовуються резистори R1, R2, R3. Резистори R1, R2, R3 утворюють симетричне навантаження. Коло підключається до трифазної симетричної мережі А, В, С, N з лінійною напругою 36 В.

Вимірювання лінійних напруг U_AB, U_BC, U_CA здійснюється за допомогою переносного вольтметра PV (між відповідними лініями A, B і C). При з’єднанні трифазного навантаження за схемою «трикутник» ці ж напруги одночасно є фазними і позначаються U_ab, U_bc, U_ca.

Рисунок 3.2

Лінійні I_A, I_B, I_C та фазні I_ab, I_bc, I_ca струми вимірюються відповідними амперметрами PA1–PA6.

Ватметри PW1 і PW2 за схемою, що зображена на рис. 3.2, вимірюють активну потужність трифазного навантаження у цілому, тобто P_S =P₁+P₂.

3.3. Порядок виконання експерименту

3.3.1. Виміряйте лінійні і фазні напруги джерела. Результати вимірювань занесіть у табл.3.1.

Таблица 3.1

Напруга джерела, В								Співвідношення
Зміряні						Середні значення		напруг (лінійне/фазне)
UAB	UBC	UCA	UA	UB	UC	Uл	UФ	Uл ср/UФ ср
В	В	В	В	В	В	В	В	–

3.3.2. Складіть схему електричного кола згідно рис. 3.1. Нейтральну точку навантаження n розмістіть на клемній збірці XS1.

3.3.3. Проведіть дослідження симетричного навантаження без нейтрального проводу (у фази ввімкнені однакові резистори R1, R2 і R3, а ключ Q1 повинен перебувати у розімкненому стані). Виміряйте фазні напруги U_a, U_b, U_c споживачів R1, R2, R3 і переконайтесь в тому, що вони дорівнюють відповідним фазним напругам джерела U_A, U_B, U_C, а напруга зміщення нейтралі U_N дорівнює нулю. Ці дані, а також зміряні струми і потужності запишіть у табл.3.2.

3.3.4. Проведіть дослідження симетричного навантаження з нейтральним проводом (у фази увімкнені однакові резистори R1, R2 і R3, а ключ Q1 повинен перебувати у замкненому стані). Необхідно провести ті ж вимірювання, що і в попередньому пункті та переконатись, що в разі симетричного навантаження нейтральний провід не дає яких-небудь змін (будь-які зміни можливі завдяки несиметрії напруг у мережі живлення). Результати внесіть у табл.3.2.

Таблиця 3.2

Задане

Зміряне

Обчислене

Характер наван-

Спосіб з’єд-

Напруга, В

Струм, А

Потужність, Вт

Опори фаз, Ом

таження

нання

Ua

Ub

Uc

UN

Ia

Ib

Ic

IN

Pa

Pb

Pc

PS

Za

Zb

Zc

Симетричне

Y

R1, R2, R3

3.3.5. Складіть схему електричного кола у разі з’єднання приймачів «трикутником» згідно рис. 3.2.

3.3.6. Проведіть дослідження трифазного кола при симетричному навантаженні. Для цього виміряйте величини, які вказані у табл.3.3, та запишіть отримані результати.

Таблиця 3.3

Задане

Зміряне

Обчислене

Характер навантаження

Напруга, В

Струм, А

Потуж-ність, Вт

Опори фаз, Ом

трьох фаз

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

Iab

Ibc

Ica

P1

P2

PS

Zab

Zbc

Zca

R1, R2, R3