Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Межотраслевой региональный центр повышения квалификации и переподготовки специалистов Лабораторные работы по дисциплине «Электротехника» Иркутск 2024 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 Исследование цепей синусоидального тока с конденсатором и индуктивной катушкой Цель – исследование режимов работы цепей синусоидального тока с последовательным соединением конденсатора и индуктивной катушки. Краткие теоретические сведения При прохождении тока по индуктивной катушке ее обмотка нагревается, и также возникает магнитное поле. Преобразование электрической энергии в тепловую характеризуется активным сопротивлением R. Преобразование электрической энергии в энергию магнитного поля характеризуется индуктивностью L. Поэтому параметрами индуктивной катушки являются активное сопротивление R и индуктивность L. В конденсаторе электрическая энергия источника преобразуется в энергию электрического поля. Эта способность конденсатора характеризуется его емкостью С. Задание 1. Исследовать неразветвленную цепь синусоидального тока с последовательным соединением конденсатора и индуктивной катушки, в трех режимах: 𝑋𝐿 = 𝑋𝑐 ; 𝑋𝐿 > 𝑋𝑐 ; 𝑋𝐿 < 𝑋𝑐 . 2. Построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех режимов работы цепи с последовательным соединением конденсатора и индуктивной катушки. 3. Рассчитать для каждого режима параметры цепи (табл. 1). Ход работы Рис. 1 Собрана однофазная цепь переменного тока с последовательным соединением конденсатора и индуктивной катушки в соответствии с рис. 1, где: А – амперметр с номинальным значением тока 3 А; V – вольтметр с номинальным значением напряжения 50 В; V1 и V2 – вольтметры с номинальным значением напряжения 250 В; L, R – индуктивная катушка с активным сопротивлением R и индуктивностью L; С – конденсатор. Изменяя индуктивность катушки перемещением ее по сердечнику при неизменной емкости, произведены измерения для режимов: 𝑋𝐿 = 𝑋𝑐 ; 𝑋𝐿 > 𝑋𝑐 ; 𝑋𝐿 < 𝑋𝑐 . Показания приборов для каждого режима занесены в табл. 1. Таблица 1 Режи м Данные измерения Данные из векторных диаграмм Результаты вычислений I U U1 U2 UR UL R XL XC X Z C L 𝜑 А В В В В В град Ом Ом Ом Ом Ом мкФ Гн cos 𝜑 - 0,653 36,1 0,37 35,33 27,3 88,2 115,5 22,42 51 98,17 19,06 100 75 30 0.85 1 41 8,82 83,54 76 7,54 11,6 0,27 42 0,76 25 13,13 73,84 80 -6,16 14,5 0,24 39,8 0,91 208,84 210 150 147,68 190 160 22,05 29 29 26,26 2.5 2 2 3 Построение векторных диаграмм напряжений для всех режимов работы 1. Провести вектор тока 𝐼 ,̇ который является одним и тем же для всех элементов цепи из тоски 0; 2. Из точки 0 провести вектор напряжения 𝑈1̇ = 𝑈𝑐̇ , отстающий от вектора тока 𝐼 ̇ на угол 90°; 3. Из начала вектора 𝑈1̇ сделать засечку радиусом, равным напряжению U, а из конца вектора 𝑈1̇ – засечку радиусом, равным напряжению 𝑈2̇ . Точку пересечения засечек соединить с началом и концом вектора 𝑈1̇ , определив направления векторов 𝑈̇ и 𝑈2̇ . 4. Перенести вектор 𝑈2̇ в начало вектора 𝑈1̇ . 5. Разложить вектор 𝑈2̇ на активную 𝑈𝑅̇ и реактивную 𝑈𝐿̇ составляющие, спроектировав вектор 𝑈2̇ на вектор 𝐼 .̇ 6. Определить величины напряжений 𝑈𝑅 и 𝑈𝐿 . Расчеты: 𝑈 1. 𝑈𝑅 = 𝑅 ∗ 𝐼 ⇒ 𝑅 = 𝐼𝑅 𝑅1 = 19,06 = 22,42 Ом 0.85 𝑅2 = 𝑅1 = 22,05 = 8,82 Ом 2.5 26,26 = 13,13 Ом 2 𝑈 2. 𝑈𝐿 = 𝑋𝐿 ∗ 𝐼 ⇒ 𝑋𝐿 = 𝐼𝐿 𝑋𝐿1 = 98,17 = 115,5 Ом 0.85 𝑋𝐿2 = 208,84 = 83,54 Ом 2,5 𝑋𝐿3 = 147,68 = 73,84 Ом 2 𝑈 3. 𝑈𝐶 = 𝑋𝐶 ∗ 𝐼 ⇒ 𝑋𝐶 = 𝐼𝐶 𝑋𝐶1 = 75 = 88,2 Ом 0.85 𝑋𝐶2 = 190 = 76 Ом 2,5 𝑋𝐶3 = 160 = 80 Ом 2 4. 𝑋 = 𝑋𝐿 − 𝑋𝐶 𝑋1 = 115,5 − 88,2 = 27,3 Ом 𝑋2 = 83,54 − 76 = 7,54 Ом 𝑋3 = 73,84 − 80 = −6,16 Ом 5. 𝑍 = √𝑅 2 + 𝑋 2 𝑍1 = √22,422 + 27,32 = 35,33 Ом 𝑍2 = √8,822 + 7,542 = 11,6 Ом 𝑍3 = √13,132 + (−6,16)2 = 14,5 Ом 6. 𝑋𝐶 = 1/𝜔𝐶 ⇒ 𝐶 = 1/𝜔𝑋𝐶 𝐶1 = 1 = 36,1 мкФ 88,2 ∗ 314 𝐶2 = 𝐶3 = 7. 𝑋𝐿 = 𝜔𝐿 ⇒ 𝐿 = 1 = 42 мкФ 76 ∗ 314 1 = 39,8 мкФ 80 ∗ 314 𝑋𝐿 𝜔 𝐿1 = 115,5 = 0,37 Гн 314 𝐿2 = 83,54 = 0,27 Гн 314 𝐿3 = 73,84 = 0,24 Гн 314 𝑈 8. cos 𝜑 = 𝑈𝑅 cos 𝜑1 = 19,06 = 0,653 30 cos 𝜑2 = 22,05 = 0,76 29 cos 𝜑3 = 26,26 = 0,91 29 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду Цель – исследование трех однофазных приемников, соединенных в звезду с нейтральным и без нейтрального провода при различных режимах работы цепи. Краткие теоретические сведения Трехфазная цепь представляет собой совокупность трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, амплитуды, сдвинутые друг относительно друга на 120° и создаваемые общим источником энергии. Такая трехфазная система называется симметричной. Каждую цепь трехфазной системы, характеризующуюся одним током, называют фазой. Трехфазные цепи имеют ряд преимуществ перед однофазными цепями: возможность получения от одного генератора двух различных эксплуатационных напряжений - фазного и линейного; экономичность передачи энергии на дальние расстояния (экономится цветной металл на изготовление ЛЭП); возможность получения вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электродвигателей переменного тока. Основоположником трехфазных систем считают русского электротехника М.О. Доливо-Добровольского, создавшего трехфазные генераторы, асинхронные двигатели, трансформаторы, разработавшего четырех- и трехпроводную цепи. Трехфазная цепь состоит из трех основных частей: трехфазного генератора, линии передачи и приемников. Фазы трехфазного генератора приемника могут соединяться или звездой треугольником. Звездой называют соединение, при котором концы фаз генератора X, Y, Z или приемника x, y, z соединяются в один общий узел N или n, называемый нейтральной точкой или нейтралью генератора или приемника. Провод N−n, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называют нейтральным или нулевым. Звезду с нейтральным проводом называют четырехпроводной, а без нейтрального провода – трехпроводной. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называют линейными. Симметричный режим, при котором сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой. При симметричной нагрузке фаз ток в нейтральном проводе отсутствует, поэтому необходимость в нем отпадает. Получается трехпроводная цепь. В нее включаются симметричные трехфазные приемники, например, трехфазные электродвигатели, промышленные электрические печи. Несимметричный режим, при котором сопротивления фаз не равны между собой. В цепи с нейтральным проводом фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям генератора, поэтому изменение режима работы одной из фаз не оказывает влияния на режим работы двух других фаз. Нейтральный провод обеспечивает равенство фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Задание 1. Исследовать трехфазную четырехпроводную и трехпроводную цепи при соединении приемников в звезду при симметричном и несимметричном режимах. 2. Для каждого режима определить активную и реактивную мощности каждой фазы и всей цепи. 3. Определить отношение UЛ/UФ для симметричной нагрузки и для несимметричных нагрузок с нейтральным проводом. 4. Построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех режимов. 5. Определить ток нейтрального провода 𝐼 ̇ из векторной диаграммы и сравнить его с измеренной величиной 𝐼𝑛 . 6. Рассчитать для каждого режима работы трехфазного приемника активную и реактивную мощности Ход работы 1. Собрана трехфазная цепь переменного тока при соединении фаз приемника в звезду в соответствии с рис. 2, где: S1, S2 , S3, S4 – выключатели; А1, А2, А3, А4 – амперметры с номинальным значением тока 5А; R1, R2, R3 – переменные резисторы; V – переносной вольтметр Рис. 2 с номинальным значением напряжения 300 В. 2. С помощью переменных резисторов R1, R2, R3 установлен симметричный режим. Записаны показания всех приборов в таблицу 2 для цепи с нейтральным проводом и без него. 3. Изменяя сопротивление одного из резисторов R1, R2, R3, установлен несимметричный режим. Записаны показания всех приборов при наличии нейтрального провода и без него. 4. Записаны показания всех приборов при отсутствии тока в одной из фаз (выключатель в этой фазе поставлен в положение «выкл.») при наличии нейтрального провода и без него. С конденсатором в фазе «с» Отсутствие тока в одной из фаз Несиммет ричны Симметричн ый Режим работы цепи Ia А 2 Ib А 2 Ic А 2 In А 0 Измеряемые величины Ua Ub Uc UAB UBC UCA UNn В В В В В В В 140 140 140 240 240 240 0 Без нейтрального провода 2 2 2 0 С нейтральным проводом Без нейтрального провода 3,2 2,2 2 С нейтральным проводом 0 2,25 2 Без нейтрального провода 0 1,8 С нейтральным проводом 3,3 2,25 2,2 4 140 140 140 240 240 240 0 Без нейтрального провода 1,1 3,6 40 С нейтральным проводом Расчетные величины UЛ/Uф Pa Pb Pc P Вт Вт Вт Вт 1,71 420 420 420 1260 Q ВАр 0 140 140 140 240 240 240 0 1,71 420 420 420 1260 0 0,8 140 140 140 240 240 240 0 0,85 1,71 672 462 420 1554 0 2,8 2,35 2,2 0 3 120 140 150 240 240 240 17,5 2,1 0 1,8 0 0 In А 0 140 140 240 240 240 0 21 110 130 240 240 240 70 210 190 240 240 240 90 4 1,76 504 493,5 495 1492,5 0 1,71 0 315 280 595 0 2 0 198 234 432 0 1,71 462 315 0 777 308 1,64 44 0 800 570 756 Расчетные величины: 1) Симметричный режим с нейтральным проводом 𝑃𝑎 = √3 ∗ 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 420 Вт = 𝑃𝑏 = 𝑃𝑐 (𝜑 = 0°) 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 1260 Вт 𝑄 = 3 ∗ 𝑄ф = 3 ∗ 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 = 3 ∗ 140 ∗ 3 ∗ 0 = 0 Вар (𝜑 = 0°) 𝑈л 240 = = 1,71 𝑈ф 140 2) Симметричный режим без нейтрального провода 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 420 Вт = 𝑃𝑏 = 𝑃𝑐 (𝜑 = 0°) 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 1260 Вт 𝑄 = 3 ∗ 𝑄ф = 3 ∗ 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 = 3 ∗ 140 ∗ 3 ∗ 0 = 0 Вар (𝜑 = 0°) 𝑈л 240 = = 1,71 𝑈ф 140 3) Несимметричный режим с нейтральным проводом 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 672 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 462 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 0 ° = 420 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 1554 Вт 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 0, т. к. 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 𝑄с = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑈л 240 = = 1,71 𝑈ф 140 4) Несимметричный режим без нейтрального провода 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 504 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 493,5 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 0 ° = 495 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 1492,5 Вт 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 0, т. к. 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 𝑄с = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑈л 240 = = 1,76 𝑈ф 136,7 5) Отсутствие тока в одной из фаз с нейтральным проводом 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 0 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 315 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 0 ° = 280 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 595 Вт 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 0, т. к. 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 𝑄с = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑈л 240 = = 1,71 𝑈ф 140 6) Отсутствие тока в одной из фаз без нейтрального провода 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 0 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 198 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 0 ° = 234 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 432 Вт 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 0, т. к. 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 𝑄с = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑈л 240 = =2 𝑈ф 120 7) С конденсатором в фазе «с» 𝜑с = 90°; 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑐 = 0; 𝑠𝑖𝑛𝜑𝑐 = 1; 𝜑𝐴𝐵 = 0; 𝑐𝑜𝑠𝜑𝐴𝐵 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 462 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 315 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 90 ° = 0 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 777 Вт 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑄𝑐 = 𝐼𝑐 ∗ 𝑈𝑐 ∗ sin 90° = 308 Вар 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 308 Вар 𝑈л 240 = = 1,71 𝑈ф 140 8) С конденсатором в фазе «с» без нейтрального провода 𝜑с = 90°; 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑐 = 0; 𝑠𝑖𝑛𝜑𝑐 = 1; 𝜑𝐴𝐵 = 0; 𝑐𝑜𝑠𝜑𝐴𝐵 𝑃𝑎 = 𝑈𝑎 ∗ 𝐼𝑎 ∗ cos 0 ° = 44 Вт 𝑃𝑏 = 𝑈𝑏 ∗ 𝐼𝑏 ∗ cos 0 ° = 756 Вт 𝑃𝑐 = 𝑈𝑐 ∗ 𝐼𝑐 ∗ cos 90 ° = 0 Вт 𝑃 = 𝑃𝑎 + 𝑃𝑏 + 𝑃𝑐 = 800 Вт 𝑄𝑎 = 𝑄𝑏 = 0 (𝑠𝑖𝑛𝜑 = 0) 𝑄𝑐 = 𝐼𝑐 ∗ 𝑈𝑐 ∗ sin 90° = 570 Вар 𝑄 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑏 + 𝑄𝑐 = 570 Вар 𝑈л 240 = = 1,64 𝑈ф 140 1. Векторная диаграмма напряжений и токов симметричного приемника с нейтральным проводом 2. Векторная диаграмма напряжений и токов симметричного приемника без нейтрального провода 3. Векторная диаграмма напряжений и токов несимметричного приемника с нейтральным проводом 4. Векторная диаграмма напряжений и токов несимметричного приемника без нейтрального провода 5. Векторная диаграмма напряжений и токов приемника с отсутствием тока в одной из фаз с нейтральным проводом 6. Векторная диаграмма напряжений и токов приемника с отсутствием тока в одной из фаз без нейтрального провода 7. Векторная диаграмма напряжений и токов приемника с конденсатором в фазе «с» с нейтральным проводом 8. Векторная диаграмма напряжений и токов приемника с конденсатором в фазе «с» без нейтрального провода ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в треугольник Цель – исследование трех однофазных приемников, соединенных в треугольник при различных режимах работы цепи. Краткие теоретические сведения В связи с тем, что значительная часть приемников, включаемых в трехфазные цепи, бывают несимметричными, очень важно на практике обеспечить независимость режима работы отдельных фаз. Кроме четырехпроводной цепи подобными свойствами обладают и трехпроводные цепи при соединении фаз приемника треугольником. Соединением в треугольник называется соединение, когда конец одной фазы соединяется с началом другой, образуя замкнутый контур. Полученные узлы присоединяют к соответствующим началам фаз генератора линейными проводами. Задание 1. Исследовать трехфазную цепь при соединении приемников в треугольник для симметричной и несимметричной нагрузок. 2. Для всех режимов определить мощность, потребляемую каждой фазой и всей цепью. 3. Для симметричного режима определить отношение UЛ/UФ. 4. Построить векторные диаграммы напряжений и токов. Ход работы 1. Собрана трехфазная цепь переменного тока при соединении фаз приемника в треугольник в соответствии с рис. 3, где: А1, А2, А3 – амперметры с номинальным значением тока 10А; А4, А5, А6 – амперметры с номинальным значением тока 5А; S1, S2, S3 – выключатели; R1, R2, R3 – переменные резисторы; V – переносной вольтметр с номинальным значением напряжения 300 В. С – конденсатор. 2. С помощью переменных резисторов установлен симметричный режим (фазные токи равны между собой). Записаны показания всех приборов. 3. Изменяя сопротивление одного из резисторов, установлен несимметричный режим. Записаны показания всех приборов. 4. Записаны показания всех приборов при отсутствии тока в одной из фаз (выключатель S2 поставлен в положение «выкл»). 5. Поставлен выключатель S2 в положение «вкл», а S1 – в положение «выкл», что имитирует обрыв линейного провода «А-a». Записаны показания всех приборов. 6. Поставлен выключатель S1 в положение «вкл», a в фазу «са» вместо резистора включен конденсатор и записаны показания всех приборов. Таблица 3 Режим работы цепи Симметричный Несимметричный Отсутствие тока в одной фазе (обрыв фазы) Отсутствие тока в линии (обрыв линии) С конденсатором в фазе «са» Измеряемые величины IA IB IC Iab A A A A 7 7 7 4 7,6 7.75 7 4,8 5 7,75 4,25 4,83 0 6,4 6,4 2,2 7,4 7,85 2 4,8 Ibc A 4 4 4 4 4,2 Ica A 4 3,8 0 2,2 4,4 Uab В 240 240 240 110 240 Ubc В 240 240 240 240 240 Расчетные величины Uca Iл/Iф Pab Pbc Pca В Вт Вт Вт 240 1,01 960 960 960 240 1152 960 912 240 1159 960 0 430 242 960 286 240 1152 1008 0 P Вт 2880 3024 2119 1488 2160 Q Вар. 0 0 0 0 1056 1. Симметричный режим работы цепи 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 𝐼л 𝐼А + 𝐼В + 𝐼С 21 𝐼л = √3 ∗ 𝐼ф ⇒ = = = 1,01 √3 ∗ 𝐼ф √3 ∗ (𝐼АВ + 𝐼ВС + 𝐼СА ) √3 ∗ 12 Рф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ cos 𝜑 РАВ = 𝐼АВ ∗ 𝑈АВ ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт РВС = 𝐼ВС ∗ 𝑈ВС ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт РСА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт Р = РАВ + РВС + РСА = 960 + 960 + 960 = 2880 Вт 𝑄ф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 𝑄𝐴𝐵 = 𝑄𝐵𝐶 = 𝑄𝐶𝐴 = 0 вар. , т. к sin 𝜑 = 0 𝑄=0 2. Несимметричный режим работы 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 Рф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ cos 𝜑 РАВ = 𝐼АВ ∗ 𝑈АВ ∗ cos 𝜑 = 4,8 ∗ 240 ∗ 1 = 1152 Вт РВС = 𝐼ВС ∗ 𝑈ВС ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт РСА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ cos 𝜑 = 3,8 ∗ 240 ∗ 1 = 912 Вт Р = РАВ + РВС + РСА = 1152 + 960 + 912 = 3024 Вт 𝑄ф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 𝑄𝐴𝐵 = 𝑄𝐵𝐶 = 𝑄𝐶𝐴 = 0 вар. , т. к sin 𝜑 = 0 𝑄=0 3. Отсутствие тока в одной фазе (обрыв фазы) 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 Рф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ cos 𝜑 РАВ = 𝐼АВ ∗ 𝑈АВ ∗ cos 𝜑 = 4,83 ∗ 240 ∗ 1 = 1159 Вт РВС = 𝐼ВС ∗ 𝑈ВС ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт РСА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ cos 𝜑 = 0 ∗ 240 ∗ 1 = 0 Вт Р = РАВ + РВС + РСА = 1159 + 960 + 0 = 2119 Вт 𝑄ф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 𝑄𝐴𝐵 = 𝑄𝐵𝐶 = 𝑄𝐶𝐴 = 0 вар. , т. к sin 𝜑 = 0 𝑄=0 4. Отсутствие тока в линии (обрыв линии) 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 Рф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ cos 𝜑 РАВ = 𝐼АВ ∗ 𝑈АВ ∗ cos 𝜑 = 2,2 ∗ 110 ∗ 1 = 242 Вт РВС = 𝐼ВС ∗ 𝑈ВС ∗ cos 𝜑 = 4 ∗ 240 ∗ 1 = 960 Вт РСА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ cos 𝜑 = 2,2 ∗ 130 ∗ 1 = 286 Вт Р = РАВ + РВС + РСА = 242 + 960 + 286 = 1488 Вт 𝑄ф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 𝑄𝐴𝐵 = 𝑄𝐵𝐶 = 𝑄𝐶𝐴 = 0 вар. , т. к sin 𝜑 = 0 𝑄=0 5. С конденсатором в фазе «са» Фаза АВ: 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 Фаза ВС: 𝜑 = 0, sin 𝜑 = 0, cos 𝜑 = 1 Фаза СА: 𝜑 = −90°, sin 𝜑 = −1, cos 𝜑 = 0 Рф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ cos 𝜑 РАВ = 𝐼АВ ∗ 𝑈АВ ∗ cos 𝜑 = 4,8 ∗ 240 ∗ 1 = 1152 Вт РВС = 𝐼ВС ∗ 𝑈ВС ∗ cos 𝜑 = 4,2 ∗ 240 ∗ 1 = 1008 Вт РСА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ cos 𝜑 = 4,4 ∗ 240 ∗ 0 = 0 Вт Р = РАВ + РВС + РСА = 1152 + 1008 + 0 = 2160 Вт 𝑄ф = 𝐼ф ∗ 𝑈ф ∗ sin 𝜑 𝑄𝐴𝐵 = 𝑄𝐵𝐶 = 0 вар. , т. к sin 𝜑 = 0 𝑄СА = 𝐼СА ∗ 𝑈СА ∗ 𝑠𝑖𝑛 𝜑 = 4,4 ∗ 240 ∗ (−1) = −1056 вар. 𝑄 = −1056 вар. 1. Векторная диаграмма для симметричного режима работы 2. Векторная диаграмма для несимметричного режима работы 3. Векторная диаграмма для режима работы, в котором обрыв фазы 4. Векторная диаграмма для режима работы, в котором обрыв линии 5. Векторная диаграмма для режима работы, в котором конденсатор в фазе «са» ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6 Исследование трехфазного трансформатора 1. Назначение, устройство, принцип действия трехфазного трансформатора. Способы соединения фаз обмоток. Трехфазный трансформатор – это статический аппарат, который предназначен для преобразования напряжения в процессе передачи электрического тока на значительные расстояния. Трёхфазный трансформатор представляет собой конструктивное объединение трёх однофазных трансформаторов в общую систему. Каждая фаза имеет свой стержень, на котором размещены первичная и вторичная обмотки. Магнитный поток ФА проходит по стержню А в прямом направлении и возвращается через стержни В и С в обратном направлении, образуя потоки фаз В и С. Затем поочередно в прямом направлении проходят магнитные потоки Ф В и ФС. Трехфазный трансформатор дешевле трех однофазных за счет снижения расхода стали. Первичные и вторичные обмотки трехфазного трансформатора могут соединятся звездой и треугольником, при этом они могут иметь различные сочетания, обозначаемые дробью, в числителе которой указывается соединение первичной обмотки, в знаменателе – вторичной, например («звезда» / «звезда») или («звезда» / «треугольник»). Для понижающего трансформатора обмотка ВН (высшего напряжения) является первичной, а обмотка НН (низшего напряжения) – вторичной. 2. Что такое коэффициент трансформации и как он определяется опытным путем? Коэффициент трансформации – это величина, которая выражает масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-либо параметра электрической цепи (напряжения, силы тока, сопротивления и т. д.). Коэффициент трансформации трёхфазного трансформатора определяется отношением номинальных линейных напряжений первичной и вторичной обмоток. Для соединения фаз обмоток («звезда» / «звезда») коэффициент трансформации 𝑊 определяется отношением чисел витков обмоток ВН и НН одной фазы n = 1 ., а для соединения («звезда» / «треугольник») n = √3 𝑊1 𝑊2 𝑊2 . 3.Для чего и как проводится опыт холостого хода трансформатора? Трансформатор находится в режиме холостого хода при разомкнутой цепи вторичной обмотки. Опыт проводится при подведении к первичной обмотке номинального напряжения. Измерения, произведенные при опыте холостого хода, позволяют определить мощность потерь в сердечнике, коэффициент трансформации, параметры ветви намагничивания Г-образной схемы замещения. 4. Для чего и как проводится опыт короткого замыкания трансформатора? Опыт короткого замыкания трансформатора проводится при замыкании накоротко зажимов вторичной обмотки, т.е. напряжение на зажимах вторичной обмотки равно нулю. При этом к первичной обмотке подводится пониженное напряжение, такой величины, чтобы ток во вторичной обмотке был равен номинальному. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания и выражается в процентах от номинального значения. 5. В чем отличие между аварийным и опытным коротким замыканием трансформатора? Аварийный режим – тогда, когда замкнута вторичная обмотка при номинальном первичном напряжении. При таком замыкании токи возрастают в 15¸ 20 раз. Обмотка при этом деформируется, а изоляция обугливается. Железо так же подгорает. Это тяжелый режим. Максимальная и газовая защита отключает трансформатор от сети при аварийном коротком замыкании. Опытный режим короткого замыкания – это режим, когда вторичная обмотка накоротко замкнута, а к первичной обмотке подводится такое пониженное напряжение, когда по обмоткам протекает номинальный ток. 6. Какие виды потерь энергии имеются в трансформаторе и как они определяются опытным путем? Чему равны потери в испытанном вами трансформаторе? Мощность потерь в магнитопроводе (из опыта холостого хода), Вт; Мощность номинальных электрических потерь в обмотках (из опыта короткого замыкания), Вт. 7.Объясните внешнюю характеристику трансформатора. Это зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при постоянных значениях первичного напряжения и коэффициента мощности нагрузки. Чем больше ток нагрузки, тем больше падение напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора и тем меньше напряжение. 8. Как определяют коэффициент полезного действия трансформатора? 𝛽·𝑆ном·cos 𝜑2 𝑛= , 2 𝛽·𝑆ном·cos 𝜑2 +𝑃0 +𝛽 ·𝑃к где 𝑆ном – номинальная полная мощность трансформатора; 𝛽 – коэффициент нагрузки трансформатора; cos 𝜑2 – коэффициент мощности (зависит от характера нагрузки); 𝑃0 – мощность потерь в магнитопроводе (из опыта холостого хода), Вт; 𝑃к – мощность номинальных электрических потерь в обмотках (из опыта короткого замыкания), Вт.
