2.2. Схема соединений звезда-звезда без нейтрального провода

Отсутствие нейтрального провода (см. рис.4.8 при отключенном ключе S3) значительно нарушает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке, хотя при симметричной нагрузке совмещенная топографическая и векторная диаграмма ничем не отличается от четырех-проводной системы (см. рис.4.10).

В случае несимметричной нагрузки в той фазе, где комплексное сопротивление больше, фазное напряжение приемника повышается относительно фазного напряжения генератора. И наоборот, напряжение снижается на фазных приемниках, у которых сопротивление меньше.

Такое отклонение напряжения на приемниках является не нормальным, так как в первом случае оно может за счет повышенного напряжения вывести из строя потребители, а во втором случае может привести к нарушению технологического режима работы оборудования (снижение оборотов у двигателей, недонакал ламп и т.д.).

Потенциал нейтральной точки приемника уже не будет равен нулю (см. рис. 4.11, 4.12, 4.13).

Рис. 4.11

Его можно найти методом двух узлов (пи N), но в комплексной форме, пренебрегая из-за малости проводимостями соединительных проводов и обмоток источника

U_nN=(Y_aU_A+Y_bU_b+Y_cU_C)/(Y_a+Y_b + Y_c), (4.6)

гдеY_a=1/Z_a;Y_b = 1/Z_b,Y_c = 1/Z_c — комплексные проводимости фаз приемника.

Комплексные значения напряжений на нагрузке при нарушениях симметрии напряжения определяются следующими равенствами:

U_a=U_A-U_nN;U_b=U_B-U_nN;U_c=U_C-U_nN.

Фазные токи при этом равны:

I_а=U_а/Z_а;I_b=U_b/Z_b;I_c=U_c/Z_c

и связаны между собой уравнением

I_а+I_b+I_c=0.

Для исключения нарушения симметрии напряжений на фазных приемниках (несимметричный режим, включая обрыв фазы, характерный для осветительной и бытовой нагрузки) на практике предусматриваются меры, исключающие обрыв нейтрального провода. При этом в цепь нейтрального провода не ставят выключатели, предохранители и другие устройства, которые могли бы привести к его разрыву.

Крайними случаями нарушения симметрии, фазных напряжений нагрузки являются обрыв (на рис.4.12 обрыв фазы «а» Z_a=) и короткое замыкание фазы (на рис.4.13 короткое замыкание фазы «о» Z_a=0).

Рис. 4.12

Проводимость оборванной фазы Y_a=0, проводимости неповрежденных фаз не изменяются. Смещение нейтральной точки согласно (4.6), при Y_b=Y_с

U_nN=(U_A*0+U_BY_b+U_CY_c)/(0+Y_b+Y_c)=

=Y_ф(U_B+U_C)/(2Y_ф)=-U_A/2=-(127/2)e^jo=-63,5 e^joB.

В случае короткого замыкания (рис. 4.13) напряжение на приемниках возрастает до значения линейного напряжения, т.е. в 1,73 раза, т.к. потенциал точки «n» равен потенциалу точки «а» и на топографической диаграмме точка «n» совпадает с точкой «а» иU_nN=U_a=127e^joB.

Рис. 4.13

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки для исследования трехфазной электрической цепи приведена на рис. 4.8. Трехфазный приемник представляет собой активную нагрузку, соединенную звездой, в каждой фазе которой использованы ламповые реостаты с выводами а-х, в-у, c-z.С пятью параллельно включенными лампами одинаковой мощности и напряжения.

Для измерения фазных токов I_A=I_а, I_B=I_b, I_C=I_c, активных мощностей фазных приемников Р_A=Р_а, Р_B=Р_в, Р_C=Р_с(только при наличии нейтрального провода) и напряжений генератора U_A, U_B, U_C применяется измерительный комплект К-50, который переводится для измерения вышеуказанных параметров с одной фазы на другую переключателем S2 (приборами Al, W и V1). Вольтметром V2 со свободными концами поочередно измеряют:

- трехфазные напряжения нагрузки U_a,U_b,U_c на зажимах а-х, в-y, c-z приемников;

• линейные напряжения U_ab=U_AB, U_bc=U_BC, U_ca=U_CA на зажимах а-в, в-с, с-а приемников (или А-В, В-С, С-А измерительного комплекта К-50);

• напряжение U_Nn между нейтральными точками генератораN и нагрузки nпри отключенном ключе S3.

Амперметром А2 при включенном ключе S3 измеряют ток I_nв нулевом проводе.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

1. Собирают схему согласно рис. 4.8.

2. Убедившись в правильности собранной схемы, включают S1 питание приемника. Проводят измерения, для удобства изменяя сопротивление только в одной фазе, например, R_aпри следующих режимах работы цепи:

• равномерная (симметричная) нагрузка фаз R_a=R_b=R_c;

• неравномерная (несимметричная) нагрузка фаз R_a>R_b=R_c

• обрыв в фазе "а", когда R_a=, R_b=R_c;

• короткое замыкание фазы "а", когда R_a=0, R_b=R_c.

Указанные режимы добиваются параллельным включением между собой по фазам ламп накаливания одинаковой паспортной мощности и напряжения. Наличие или отсутствие нейтрального (нулевого) провода достигается соответственно замыканием или размыканием цепи нейтрального провода с помощью ключа S3. Обрыв фазы "а" соответствует случаю, когда в этой фазе все лампы отключены. Режим короткого замыкания в фазе "а" достигается замыканием (шунтированием) зажимов а-х соединительным проводом. Необходимо помнить, что режим короткого замыкания проводится при отключенном нейтральном проводе, когда ключ S3 разомкнут. В противном случае в цепи произойдет аварийное короткое замыкание.

Все данные заносят в таблицу.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

1.По результатам измерений вычисляют активную мощность трехфазного приемника при различных режимах работы, как сумму активных мощностей фазных нагрузок, полученных при наличии нейтрального провода

Р=Р_а+Р_b+Р_с.

2.Находят проводимости фаз приемника

Y_a=l/Z_a=I_a/U_a;Y_a=I_a/U_a;

Y_b=1/Z_b=I_b/U_b; Y_b=I_b / U_b;

Y_C=1/Z_c = I_c/U_c; Y_c=I_c/U_c,

где I_a, I_b, I_c, U_a, U_b, U_c - действующие значения фазных токов и напряжений соответственно, измеряемые приборами.

3.По опытным и расчетным данным таблицы определяют расчетное значение напряжения между нейтральнымиточками генератора и нагрузки

U_nN= (Y_aU_A+Y_bU_B+Y_cU_C) / (Y_a+Y_b+Y_c).

2. По данным таблицы строят совмещенную топографическую и векторную диаграммы напряжений и токов для всех четырёх режимов при отключенном нейтральном проводе. Построение диаграммы начинают, приняв удобный масштаб напряжений, с построения равностороннего треугольника векторов линейных напряжений U_л=Uab:=Ubc:=Uca, которые не зависят от режима нагрузки (табл.4.1). В треугольнике достраивают векторы фазных напряжений генераторов U_ф=Uaв⁼Ubс=Ucа, началом которых является центр тяжести точки N равностороннего треугольника. С вершин равностороннего треугольника делают засечки радиусами, равными в масштабе соответствующим фазным напряжениям нагрузки U_a, Ub, U_c. Из точки N (нейтральная точка генератора) делают засечку радиусом UnhОбщая точка пересечения дуг (точка пна рис.4 14, 4.15, 4.16, 4.17) определяет потенциал точки п нагрузки относительно точки N генератора.

Для активной нагрузки, каковыми являются лампы накаливания, векторы токов в фазах совпадают с векторами соответствующих фазных напряжений по фазе (_а=_b=_с=0). При отсутствии нейтрального провода векторная сумма фазных токов, сходящихся в узле п, равна нулю, т.е. I_a+I_b+I_c=0 (см. рис. 4.14...4.17).

2. На основании построенных совмещенных топографических и векторных диаграмм определить углы (_u)_a, (_u)_в, (_u)_с и (_u)_N и сравнить их с расчетами:

,

,

,

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. До выполнения работы

1. Дайте определение схемы соединения приемников звездой. В каких случаях потребители соединяются звездой?

2. Покажите на схеме, где течет линейный и фазный токи?' Каково соотношение между ними?

3. Почему опыт короткого замыкания должен проводиться при строго отключенном нулевом проводе?

4. Покажите на схеме, между какими точками измеряют линейное и фазное напряжения, напряжение между нейтральными точками?

Каково соотношение между ними для генератора?

2.После выполнения работы

1. Какова роль нейтрального провода? Сформулируйте требования к нему.

2. Как отличаются между собой векторные диаграммы с нейтральным проводом и без него при режимах:

• симметричный,

• несимметричный,

• обрыв фазы,

• короткое замыкание в фазе.

3. Как определяется мощность в трехфазной цепи? Какова она при различных режимах?