7.3. Содержание работы и описание установки

В данной лабораторной работе измеряют токи, напряжения и мощности в цепи, включающей трансформатор. По результатам измерений строят вольтамперные характеристики, определяют параметры схемы замещения трансформатора и выполняют расчёт одного из нагрузочных режимов с построением векторной диаграммы.

Лабораторная работа может быть проведена на лабораторных стендах двух типов.

Для проведения лабораторной работы на стенде первого типа необходимы исследуемый трансформатор с первичной обмоткой 100 витков и вторичной обмоткой 300 витков, функциональный генератор, измеритель мощности, мультиметры, переменный резистор 1 кОм. Переключатель генератора необходимо переместить в положение "синусоидальное напряжение", установить частоту 500 Гц.

Для проведения лабораторной работы на стенде второго типа необходимы исследуемый трансформатор, лабораторный автотрансформатор, один амперметр на 2 А, один амперметр на 5 А, ваттметр, вольтметр многопредельный, активная нагрузка – реостат.

7.4. Порядок выполнения работы

7.4.1. Собрать схему по рис. 7.3, после проверки показать преподавателю.

Рис. 7.3. Опытная схема исследования трансформатора

7.4.2. Определить номинальное напряжение трансформатора, для чего снять вольтамперную характеристику при разомкнутой цепи вторичной обмотки (8…10 измерений). Результаты оформить в виде таблицы.

7.4.3. Определить номинальный ток вторичной обмотки, для чего снять нагрузочную характеристику (8…10 измерений) при номинальном напря­жении, определённом в пункте 7.4.2. Результаты оформить в виде таблицы.

7.4.4. Провести опыт короткого замыкания.

7.4.5. Определить параметры схемы замещения.

7.4.6. По эквивалентной схеме с использованием полученных параметров рассчитать аналитически (в комплексной форме) один из нагрузочных режимов из пункта 7.4.3. Сравнить полученные значе­ния I₁ , P₁ , I₂ , U₂ с опытными данными.

7.4.7. Построить в масштабе векторную диаграмму для рассчитанного режима.

7.4.8. Построить в масштабе характеристику холостого хода U₁ (I₁) и нагрузочную характеристику U₂ (I₂).

7.5. Содержание отчёта

В отчёте по работе должна быть отражена цель работы, приведены схемы измерений, таблицы опытных и расчётных данных, вольт-амперные характеристики, расчёты параметров схемы замещения и нагрузочного режима, векторная диаграмма и выводы по работе.

8. Исследование режимов работы

трёхфазной цепи, соединённой звездой

8.1. Цель работы

Цель данной работы – изучение экспериментальных и расчётных методов исследования режимов работы трёхфазной системы, соединенной в звезду с нулевым и без нулевого провода.

8.2. Краткие теоретические сведения

Трёхфазные цепи характеризуются симметричным и несимметрич­ными режимами работы. Если симметричный генератор питает симмет­ричную нагрузку, то трёхфазная цепь работает в симметричном ре­жиме. Асимметричный режим обусловлен неравномерной нагрузкой фаз приёмника, несимметрией напряжений трёхфазного генератора или сочетанием этих факторов.

Схема трёхфазной цепи с нулевым проводом изображена на рис. 8.1.

Р ис. 8.1. Трёхфазная система, соединенная звездой с нулевым проводом

Если пре­небречь сопротивлением нулевого и линейных проводов, то напряжения на фазах генератора и приёмника оказываются одинаковыми. Поэтому ток каждой фазы зависит от напряжения этой фазы генератора и соп­ротивления фазы, а ток в нулевом проводе является суммой фазных токов, и для такой цепи можно записать

(8.1)

Векторная диаграмма токов и напряжений, построенная при активно-индуктивном характере нагрузки, приведена на рис. 8.2, где , , – линейные или междуфазные напряжения.

Р ис. 8.2. Векторная диаграмма для активно-индуктивной нагрузки

При симметричном генераторе между линейными и фазными напря­жениями связь выражается следующими соотно­шениями:

Нетрудно заметить, что в симметричной трёхфазной системе ток в нулевом проводе равен нулю.

В трёхфазной цепи без нулевого провода (рис. 8.3) напряжения на фазах генератора и приемника в общем случае неодинаковы, так как возникает напряжение смещения нейтрали

. (8.2)

Р ис. 8.3. Трёхфазная система, соединённая звездой без нулевого провода

Тогда фазные напряжения и токи приёмника определятся по формулам

(8.3)

Лишь в симметричной трехфазной системе, когда , фазные напряжения генератора и приёмника становятся одинаковыми. В любом случае геометрическая сумма фазных токов должна быть равна нулю:

İ_A + İ_B + İ_C = 0. (8.4)

Наибольший практический интерес вызывают крайние случаи несимметрии трёхфазной системы, возникающие при аварийных режимах – обрывах проводов, коротких замыканиях фаз. Рассмотрим ряд аварийных режимов в трёхфазной цепи с нулевым проводом и без нулевого провода.

8.2.1. Обрыв фазы А в трёхфазной системе с нулевым проводом.

В этом случае ток фазы I_A становится равным нулю, токи остальных фаз останутся неизменными, а в нулевом проводе появит­ся ток İ₀ = İ_B + İ_C.

Векторная диаграмма, поясняющая этот режим, приведена на рис. 8.4 и построена с учётом того, что предшествующий обрыву режим был симметричным (с активно-индуктивным характером этой нагруз­ки).

Ток в нулевом проводе İ₀ по мо­дулю оказывается равным току каждой из фаз.

Р ис. 8.4. Векторная диаграмма при обрыве фазы А

в трёхфазной системе с нулевым проводом

8.2.2. Обрыв фаз А и С в трёхфазной системе с нулевым проводом.

В этом случае токи этих фаз становятся равными нулю, а ток в фазе С и в нулевом проводе – равными друг другу.

8.2.3. Короткое замыкание фазы А в трёхфазной системе с нулевым проводом.

Этот режим относится к числу наиболее опасных и тяжёлых для оборудования источников питания (генераторов, трансформаторов, линий). Из рис. 8.1 видно, что в фазе генератора А, замкнутой накоротко, возникают токи, ограниченные лишь сопротивлением об­мотки генератора и сопротивлением линии этой фазы. Величина этих токов может в десятки раз превышать номинальный ток генератора. Длительная работа в таком режиме недопустима и требует принятия оперативных мер по отключению аварийного оборудования с помощью специальных устройств защиты.

В электротехнических лабораториях УрГУПС работа трёхфазной системы в этом режиме недопустима.

8.2.4. Обрыв фазы А в трёхфазной системе без нулевого провода.

Если принять, что до начала аварийного режима трёхфазная цепь была симметричной, то . Тогда, в соответствии с формулой (8.2), напряжение смещения нейтрали и произойдет изменение всех фазных напряжений и токов приёмника, что отражено на векторной диаграмме (рис. 8.5). При этом фазные напряжения приемника и токи в исправных фазах уменьшатся в раз, а на зажимах разомкнутой фазы появится разность потенциалов .

Р ис. 8.5. Векторная диаграмма при обрыве фазы А

8.2.5. Обрыв фаз А и В в трёхфазной системе без нулевого провода.

При обрыве одновременно двух фаз токи в трёхфазной системе отсутствуют, а на зажимах разомкнутых фаз появятся напряжения, численно равные линейным напряжениям. При обрыве фаз А и В , и, в соответствии с формулой (8.2), . В таком случае

8.2.6. Короткое замыкание фазы А в трёхфазной системе без нулевого провода.

В этом случае и, в соответствии с формулой (8.2), . Напряжения на других фазах приемника возрастут в раз, что вызовет, соответственно, увеличение токов в этих фазах. По короткозамкнутой фазе А будет протекать ток

İ_A = – (İ_B + İ_C ).

Х арактер изменения токов и напряжений в таком случае представлен на векторной диаграмме (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Векторная диаграмма при коротком замыкании фазы А

8.2.7. Короткое замыкание фаз А и В в трёхфазной системе без нулевого провода.

В таком случае в фазах генератора А и В возникают токи, ограниченные лишь сопротивлением об­моток генератора и сопротивлений линий этих фаз. Длительная работа в таком режиме недопустима и требует принятия оперативных мер по отключению аварии.

В электротехнических лабораториях УрГУПС работа трёхфазной системы в этом режиме недопустима.