|
Кроме электродвигателя существуют также другие трехфазные потребители, обладающие как одинаковыми, так и различными по характеру сопротивлениями.Сопротивления трехфазной нагрузки и обмотки источника питания имеют несколько способов соединений. Одним из них является “звезда”. При таком способе соединения концы сопротивлений нагрузки и отдельно концы обмоток генераторов или трансформаторов соединяются вместе, образуя общую точку, называемую нейтральной точкой. Начала обмоток источников и нагрузки соединяются друг с другом посредством соединительных (линейных) проводов. В качестве примера на рис.10.1 приведена расчетная схема участка электрической трехфазной цепи, состоящего из генератора переменного тока и потребителя, соединенных по схеме “звезда” - “звезда”. По количеству проводов, соединяющих источник питания и потребитель, различают трехфазные трехпроводные цепи и трехфазные четырехпроводные цепи. В последних кроме трех фазных проводов дополнительно используется нулевой провод, соединяющий нейтральные точки “звезды” источника питания и “звезды” потребителя. На рис.10.1 нулевой провод показан пунктиром. В отличие от однофазных цепей, в трехфазных цепях существуют понятия линейных, фазных токов и напряжений, напряжения смещения нейтрали и тока в нулевом проводе. Фазным называется ток, протекающий в фазах нагрузки. Линейным называется ток, протекающий в проводах, которые соединяют источник питания и потребитель. Очевидно, что при соединении потребителя по схеме “звезда” фазные и линейные токи будут равны (I A, I B и I C). Положительное направление этих токов условно принимают от источника питания к нагрузке. В каждой фазе источника питания генерируются фазные ЭДС и напряжения (U A, U В, и U С). Положительными направлениями фазных напряжений источника питания считают направления от начала к концу обмотки генератора или трансформатора. При протекании тока через сопротивления нагрузки в последних возникают падения напряжения, называемые фазными напряжениями нагрузки (U а, U b, и U c). Положительные направления этих напряжений совпадают с положительными направлениями токов в фазах нагрузки.
Схема замещения электрической цепи при соединении источника питания и потребителя “звездой”
Рис.10.1
Линейными называют напряжения между соединительными проводами трехфазной цепи (U AВ, U ВС, и U СА). Положительные направления линейных напряжений показаны на рис.10.1. При соединении источника питания или потребителя по схеме “звезда” фазные напряжения не будут равны линейным. Связаны фазные и линейные напряжения уравнениями, полученными по второму закону Кирхгофа:
; ; .
При симметричной системе фазных напряжений их комплексы записываются в следующем виде:
; ; .
При этом, начальная фаза U A не всегда равна нулю. Подставив эти выражения в приведенную выше систему уравнений, получим более простую связь между действующими значениями фазных и линейных напряжений для симметричной цепи.
.
При питании однородной нагрузки, соединенной по схеме “звезда”, симметричной системой напряжений наблюдается ряд особенностей. При равенстве модулей сопротивлений однородной нагрузки токи в фазах устанавливаются симметричными, то есть действующие значения токов равны и вектора их сдвинуты друг относительно друга на одинаковый угол в 120 электрических градусов:
; ; .
Фазные напряжения на нагрузке также симметричны и, если пренебречь сопротивлениями соединительных проводов, совпадают с фазными напряжениями источника питания:
; ; .
Пример векторной диаграммы такого режима представлен на рис.10.2.
Топографическая диаграмма напряжений, совмещенная с векторной диаграммой токов
Рис.10.2
Если модули сопротивлений однородной нагрузки не равны друг другу, то система токов будет уже несимметрична. Симметрия фазных напряжений на нагрузке зависит от того, какая цепь используется: трехфазная трехпроводная или трехфазная четырехпроводная. В случае применения трехфазной трехпроводной цепи потенциал нейтральной точки “звезды” потребителя становится отличным от потенциала нейтральной точки “звезды” источника питания. В результате этого между ними появляется напряжение, называемое напряжением смещения нейтрали: .
За положительное направление напряжения смещения нейтрали принимают направление от нейтральной точки “звезды” потребителя к нейтральной точке “звезды” источника питания. Рассчитывается напряжение смещения нейтрали по методу двух узлов:
,
здесь Y a, Y b и Y c - комплексные проводимости фаз нагрузки. Фазные напряжения на нагрузке, равные по второму закону Кирхгофа геометрической разности между фазными напряжениями источника питания и напряжением смещения нейтрали, устанавливаются несимметричными:
; ; .
Вследствие этого система токов в трехпроводной цепи также будет несимметричной: ; ; . Пример векторной диаграммы такого режима при активной нагрузке приведен на рис.10.3.
Топографическая диаграмма напряжений, совмещенная с векторной диаграммой токов Рис.10.3
При использовании трехфазной четырехпроводной цепи появляется возможность уменьшить разность потенциалов между нейтральной точкой “звезды” потребителя и нейтральной точкой “звезды” источника питания, тем самым снизить несимметрию фазных напряжений на нагрузке. При подключении к нейтральной точке “звезды” потребителя нулевого провода напряжение смещения нейтрали уже рассчитывается как
,
здесь Y N - комплексная проводимость нулевого провода. Из данной формулы видно, что при уменьшении сопротивления нулевого провода (увеличении его проводимости) напряжение смещения нейтрали также уменьшается. В идеальном случае, при нулевом значении сопротивления нулевого провода, напряжение смещения нейтрали также равно нулю. При этом потенциал нейтральной точки “звезды” потребителя равен потенциалу нейтральной точки “звезды” источника питания и фазные напряжения на нагрузке равны симметричным фазным напряжениям источника питания. Однако токи в этом случае остаются несимметричными, так как из-за отличия модулей сопротивлений в фазах нагрузки их действующие значения также различны. При подключении нулевого провода в нем будет протекать ток, равный геометрической сумме токов в фазах нагрузки. Его положительное направление совпадает с положительным направлением напряжения смещения нейтрали. Пример векторной диаграммы такого случая приведен на рис.10.4. На ней пунктиром показано геометрическое суммирование токов в фазах нагрузки.
Топографическая диаграмма напряжений, совмещенная с векторной диаграммой токов Рис.10.4
10.5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
При выполнении лабораторной работы требуется соблюдать общие правила по технике безопасности при работе в лаборатории ТОЭ.
10.6. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить теорию вопроса, обратить внимание на особенности трехфазных цепей при трехпроводной и четырехпроводной системе питания. 2. Ознакомиться с приборами и оборудованием исследуемой цепи и записать паспортные данные в таблицу 1в. 3. Собрать цепь по схеме (рис.10.5). Провести исследование трехфазной цепи при соединении однородной нагрузки звездой (рис.10.5): а) в трехпроводном режиме выключатель S4 выключен; б) в четырехпроводном режиме выключатель S4 включен. В качестве однородных потребителей использовать активные сопротивления, указанные преподавателем. 4. После проверки собранной цепи преподавателем или лаборантом включить ее под напряжение, измерить напряжения и токи для случаев, указанных в таблице 10.1.
Таблица 10.1
5. По данным измерений для всех случаев построить векторные диаграммы. 6. Пользуясь результатами наблюдений, найти отношение среднеарифметических значений линейных напряжений к фазным для случая симметричной нагрузки фаз и сравнить его с теоретическим значением этой величины. 7. По построенной векторной диаграмме токов для случая наличия нейтрального провода найти графическим способом ток в нем и сравнить его с экспериментально полученным током IN. 8. Выполнить индивидуальное задание № 10. Номер варианта принимается по заданию преподавателя.
10.7. УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать электрическую схему исследуемой цепи, таблицы приборов и опытных данных, построенные в масштабе топографические диаграммы напряжений, совмещенные с векторными диаграммами токов, и выводы. К отчету прилагается выполненное индивидуальное задание №10.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какое соединение называется соединением звездой и каковы его особенности? 2. Как строится векторная диаграмма для токов и напряжений при соединении звездой? 3. В каком случае отсутствует ток в нейтральном проводе и почему? 4. Какова роль нейтрального провода при четырехпроводной системе питания трехфазных потребителей? 5. Какие особенности режима работы потребителей, соединенных звездой, при неравномерной нагрузке фаз с нейтральным проводом и без него? 6. Почему в нейтральном проводе не ставят предохранитель? 7. Какая трехпроводная система называется симметричной (однородной, неоднородной)? 8. Каковы соотношения между линейным и фазным напряжением? 9. Когда возникает напряжение смещения нейтрали?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|