МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Электротехника и электрооборудование предприятий» Дисциплина «Электротехника и электроника» Лабораторная работа № 3 на тему: «Исследование трехфазных цепей» Выполнил: 24.05.2023 ст. гр. БТС-21-01 Глазкова А.А. Проверил: ассистент кафедры ЭЭП Яшин А.Н. Уфа 2023 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Проверить основные соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями в трехфазных цепях, когда симметричная нагрузка соединена по схеме «звезда» или «треугольник». Сравнить потребление активной мощности в симметричной трехфазной цепи при переключении схемы соединений элементов нагрузки со звезды на треугольник. Сравнить четырехпроводную трехфазную цепь с трехпроводной трехфазной цепью и оценить роль четвертого − нулевого (нейтрального) провода. Научиться строить векторные диаграммы токов и напряжений в трехфазных цепях. 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Eф = N*127 = 6*127 = 762 В Rф = N*22 = 132 Ом 3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА Для выполнения лабораторной работы используется ПЭВМ с загруженной моделирующей программой Electronics Workbench 5.0. Рисунок 1 - Схема лабораторного макета 2 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 4.1. Проверка основных соотношений между линейными и фазными токами и напряжениями симметричного режима при соединении нагрузки звездой и треугольником. Установим переключатель SА в положение 1− соединение нагрузки по схеме «звезда», переключатель SВ в положение 2. Включим схему и измерим линейные и фазные токи и напряжения в одной фазе. (рис. 2) Рисунок 2 - Проверка соотношений линейных и фазных токов и напряжений - схема «звезда» Переключатель SА переведем в положение 2 − соединение нагрузки по схеме «треугольник». Включим схему и измерить линейные и фазные токи и напряжения в одной фазе. (рис. 3) Рисунок 3 - Проверка соотношений линейных и фазных токов и напряжений - схема «треугольник» 3 Таблица 1 - Показания приборов по фазе А (п. 4.1) SA Нагрузка Iл, А Uл, В Iф, А Uф, В Р, Вт 1 звезда 5,776 1320 5,773 762 7135,1 2 треугольник 17,32 1320 10,00 1320 21395,4 Для симметричной трехфазной цепи соотношение между линейными и фазными активными величинами определяются следующими формулами: -для соединения элементов нагрузки звездой -для соединения элементов трехфазной нагрузки треугольником: Активная мощность, потребляемая тремя фазами, рассчитывается по формулам: где cosφ = 1 при резистивной нагрузке. 4 Вывод 1: Для симметричной нагрузки приведенные формулы являются верными. Вывод 2: Переключение нагрузки со звезды на треугольник приводит к увеличению, выделяемой в нагрузке мощности. Мощность при переключении нагрузки со звезды на треугольник увеличивается в 3 раза. Линейные токи при этом также увеличиваются в 3 раза. 4.2 Исследование четырехпроводной трехфазной системы. Для выполнения данного пункта установим переключатель SА в положение 1, переключатель SВ в положение 1. В этом случае формируется четвертый (нулевой) провод, в разрыв которого включен амперметр. 4.2.1 Включим схему для случая, когда сопротивления в фазах нагрузки равны Ra = Rb = Rc = 132 Ом. Рисунок 4 - Исследование четырехпроводной трехфазной системы (п.4.2.1) 5 4.2.2 Увеличим сопротивление в десять раз (для четного N - 6) в фазе А: Ra = 1320 Ом. Рисунок 5 - Исследование четырехпроводной трехфазной системы (п.4.2.2) 4.2.3 В фазу А подключим с помощью ключа SD конденсатор Ca , емкость которого определяется из соотношения Xa ≈ Rb = Rc. Емкость конденсатора равна: Са = 2,412*10^5 Ф = 24,12 мкФ Рисунок 6 - Исследование четырехпроводной трехфазной системы (п.4.2.3) 6 4.2.4 Установим равные сопротивления Ra=Rb=Rc в фазах нагрузки, и разорвем ключом SС линейный провод фазы С. Рисунок 7 - Исследование четырехпроводной трехфазной системы (п.4.2.4) Таблица 2 - Показания приборов(п. 4.2) Пункт Измерение Расчет Uлаb ,В Uфа, В Uфb, В Uфс, В Iла, А Iлb, А Iлс, А I0, А Iла, А Iлb, А Iлс, А I0, А Р, Вт 4.2.1 1320 762,0 762,1 761,9 5,776 5,777 5,775 0 5,773 5,773 5,773 0 39596,7 4.2.2 1320 762,0 762,1 761,9 0,5803 5,777 5,775 5,195 0,577 5,772 5,772 5,223 9236,2 4.2.3 1320 762,0 762,1 761,9 5,820 5,777 5,775 8,199 5,768 5,772 5,772 8,18 8796,53 4.2.4 1320 762,0 762,1 0,101 5,775 5,776 0 5,773 5,773 5,772 0 5,758 8797,29 4.2.1 7 4.2.2 4.2.3 8 4.2.4 По данным измерений построим векторную диаграмму напряжений и токов для п.4.2.2.(масштаб напряжений 1:100, масштаб токов 1:1) Вывод: При наличии четвертого(нулевого) провода фазные напряжения остаются одинаковыми, при любой несимметричной нагрузке, но появляется ток в нулевом проводе При симметричной нагрузке ток в нулевом проводе должен быть равен нулю. 9 4.3 Исследование трехпроводной трехфазной системы с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда». Установим переключатель SА в положение 1, переключатель SС в положение «замкнуто», переключатель SВ переведем в положение 2 − нулевой провод отсутствует. В этом случае формируется трехпроводная трехфазная цепь, которая имеет два узла – N и О. Между узлами NO включен вольтметр. 4.3.1 Включим схему для случая, когда сопротивления в фазах нагрузки равны Ra =Rb =Rc. Рисунок 8 - Исследование трехпроводной трехфазной системы с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда»(п.4.3.1) 10 4.3.2 Увеличим сопротивление в десять раз (для четного N - 6) в фазе А. Рисунок 9 - Исследование трехпроводной трехфазной системы с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда»(п.4.3.2) 4.3.3 В фазу А подключим с помощью ключа SD конденсатор Ca , емкость которого определяется из соотношения Xa ≈ Rb = Rc . Рисунок 10 - Исследование трехпроводной трехфазной системы с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда»(п.4.3.3) 11 4.3.4. Установим равные сопротивления Ra=Rb=Rc в фазах нагрузки. Разорвем ключом SС линейный провод фазы С (имитация обрыва линейного провода). Рисунок 11 - Исследование трехпроводной трехфазной системы с нагрузкой, соединенной по схеме «звезда»(п.4.3.4) Таблица 3 - Показания приборов(п. 4.3) Пункт Измерение Расчет Uлаb ,В Uфа, В Uфb, В Uфс, В Iла, А Iлb, А Iлс, А UNO, B Iла, А Iлb, А Iлс, А UNO,B Р, Вт 4.3.1 1320 762,0 762,1 761,9 5,776 5,777 5,775 0 5,773 5,772 5,772 0 13194,8 4.3.2 1320 1089 662,2 662,1 0,828 5,019 5,019 326,5 0,825 5,016 5,016 326,6 8273,04 4.3.3 1320 1021 306,4 1143 7,795 2,324 8,661 483,1 9,322 3,893 6,182 483,6 7677,2 4.3.4 1320 660 660 6,5 *10^-6 5,003 5,003 0 380,9 5,003 5,033 0 380,03 7624,57 12 4.3.1 4.3.2 13 4.3.3 14 4.3.4 Вывод: Смещение нейтрали при симметричной нагрузке отсутствует. Смещение нейтрали есть в трехфазной системе “звезда – звезда” при несимметричной нагрузке. 4.4 Исследование трехфазной системы «звезда-треугольник» При выполнении данного пункта установить переключатель SА в положение 2.− соединение элементов нагрузки по схеме «треугольник». 4.4.1 Включим схему для случая, когда сопротивления в фазах нагрузки равны. 15 Рисунок 12 - Исследование трехпроводной трехфазной системы по схеме «звезда-треугольник»(п.4.4.1) 4.4.2. Увеличим сопротивление в десять раз (для четного N - 6) в фазе А. Рисунок 13 - Исследование трехпроводной трехфазной системы по схеме «звезда-треугольник»(п.4.4.2) 4.4.3 В фазу А подключим с помощью ключа SD конденсатор Ca , емкость которого определяется из соотношения Xa ≈ Rb = Rc . Рисунок 14 - Исследование трехпроводной трехфазной системы по схеме «звезда-треугольник»(п.4.4.3) 16 4.4.4 Установим равные значения сопротивлений Ra=Rb =Rc , разомкнем переключатель SС (имитация обрыва линейного провода в фазе С). Рисунок 14 - Исследование трехпроводной трехфазной системы по схеме «звезда-треугольник»(п.4.4.4) Таблица 4 - Показания приборов(п. 4.4) Пункт Измерение Uаb, В Ubc, В Uca, В Iла, А Iлb, А Iлс, А Iфа, А Iфb, А Iфс, А 4.4.1 1320 1320 1320 17,32 17,32 17,32 10,00 10,00 10,00 4.4.2 1320 1320 1320 10,54 17,32 10,54 1,000 10,00 10,00 4.4.3 1320 1320 1320 5,200 17,32 19,40 10,08 10,00 10,00 4.4.4 1320 660 660 15,00 15,00 0 5,000 10,00 5,00 17 4.4.3 Масштаб напряжений 1:150, масштаб токов 1:3 5. ВЫВОД В ходе лабораторной работы были проверены основные соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями в трехфазных цепях, когда симметричная нагрузка соединена по схеме «звезда» или «треугольник», проведено сравнение потребления активной мощности в симметричной трехфазной цепи при переключении схемы соединений элементов нагрузки со звезды на треугольник. Сравнены четырехпроводная трехфазная цепь с трехпроводной трехфазной цепью и оценена роль четвертого − нулевого провода – выравнивание напряжений при несимметричной нагрузке. Мы научились строить векторные диаграммы токов и напряжений в трехфазных цепях. 18
