Лабораторная работа № 12
Тема: Исследование трехфазной цепи при соединении электроприемников звездой.
Цель работы: 1) Выявить особенности трехфазной системы при соединении фаз звездой;
2). По опытным данным построить векторные диаграммы при симметричной и несимметричной нагрузке фаз.
Общие теоретические положения:

jB

UAB

UCA

jC

jA

IB

UBC

UC

UCA

IC

UAB

UA

UC

ZC

C

A

UBC

A

B

IC

IN

Y Z

X N

IA

ZA

UA

ZB

UB

IB

B C N

Рис. 1 - Векторная диаграмма при соединении приемника звездой при симметричной нагрузке фаз
Как видно из Схемы 1, при соединении звездой фазные напряжения приемника: U_A, U_B, U_C не равны линейным напряжениям U_AB, U_BC, U_CA, существует зависимость: U_AB=U_A-U_B; U_BC=U_B-U_C; U_CA=U_C-U_A, при симметрии линейных и фазных напряжений, справедливо:

U_A= U_Ф
Также из Схемы 1 видно, что при соединении звездой I_A=I_Ф. Фазный ток I_Ф зависит от фазного напряжения U_Ф на зажимах приемника и его полного сопротивления Z_Ф:
I_ф= , а ток в нейтральном проводе NN
I_N=I_A+I_B+I_C
1) если Z_A=Z_B=Z_C и сдвиг фаз j_А=j_В=j_С, что выполняется при симметричной нагрузке фаз, тогда U_A=U_B=U_C - фазные напряжения одинаковы;
I_ф= - фазные токи равны между собой;
Cos j_A=cos j_B=cos j_C= - сдвиг фаз между напряжениями и токами в фазах одинаковы;
j=arccos ,
где Х_рф - реактивное сопротивление фазы нагрузки;
Z_ф= - полное сопротивление фазы нагрузки;
Векторная диаграмма при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена на Рис. 1. Ток в нейтральном проводе при симметричной нагрузке: I_N=I_A+I_B+I_C=0, следовательно при симметричной нагрузке нулевой провод NN не нужен.
2) если Z_A=Z_B=Z_C или j_А=j_В=j_С, либо эти два условия выполняются вместе, то нагрузка будет несимметричной.
При несимметричной нагрузке и наличии нейтрального провода, ток I_N=I_A+I_B+I_C=0;
U_A=U_B=U_C=U_Ф - при наличии нейтрального провода фазные напряжения одинаковы;
I_A= ; I_B= ; I_C= - фазные токи не равны по величине и определяются по закону Ома.
Ток в нейтральном проводе можно определить графически, векторным сложением:
I_N=I_A+I_B+I_C
При несимметричной нагрузке наличие нулевого провода обязательно! При обрыве его I_N=0. В этом случае токи фаз I_A, I_B, I_C должны изменится так, чтобы их векторная сумма оказалась равной нулю: I_A+I_B+I_C=0
При заданных сопротивлениях нагрузки Z_A, Z_B, Z_C, токи могут изменятся за счет изменения фазных напряжений. Следовательно, обрыв нулевого провода приведет к изменению фазных напряжений, что недопустимо, т.к. приемники окажутся под напряжением, отличающимся от номинального. Поэтому важно опрощать внимание на целостность нулевого провода.
Активная мощность трёхфазного приёмника при симметричной нагрузке может быть выражена так: Р = 3 Р_ф = 3V_ф I_ф cos j_ф или Р = cos j_ф
Активная мощность трёхфазного приёмника при несимметричной нагрузке определяется так:
Р = Р_А + Р_в + Р_с

где
Р_А = V_A I_A cos j_A активные мощности
P_B = V_B I_B cos j_B фаз А, В, С соответственно.
P_c = V_c I_c cos j_c
Однофазные приёмники можно включать в трёхфазную четырехпроходную сеть как на фазное U_Ф, так и на линейное U_А напряжение, что позволяет питать от одной сети приёмники, рассчитаны на номинальные напряжения, отличающиеся друг от друга в  раз (380/220в; 220/127в)
Ход работы 1. Собрать схему и соединить в звезду с симметрично нагрузки во всех трёх фазах.
 

О

С

В

А

 

SA1

 
 

R1 R2 R3

Рис. 2 - Где РА₁ - комбинированный прибор 43101; РV₁ - комбинированный прибор Ц4342; R₁- резистор 680 Ом (470 Ом); R₂ - резистор 680 Ом (680 Ом); R₃- резистор 680 Ом (1 КОм);SA₁- тумблер ТМ 1-1
2. Подключить схему к клеммам трехфазного генератора.
3. Измерить линейные и фазные токи и напряжения:I_A, I_B, I_C- линейные и фазные токи (I_A=I_Ф)
V_A, V_B, V_C - фазные напряжения (В)
V_AB, V_BC, V_CA - линейные напряжения (В)
4. Проверить соотношения между линейными и фазными напряжениями при включенном и выключенном нулевом проводе.
5. Рассчитать активную мощность трехфазного приемника при симметричной нагрузке.
6. Данные расчетов и измерений свести в таблицу.
7. Изменить нагрузку в фазах так, чтобы во всех трех фазах была разная нагрузка (несимметричная).
8. Измерить линейные и фазные токи
I_A^!, I_B^!, I_C^!- линейные и фазные токи при несимметричной нагрузке.
V_A^!, V_B^!, V_C^!- фазные напряжения.
V^!_AB, V^!_BC, V^!_CA- линейные напряжения.
9. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями при включенном и выключенном нулевом проводе.
10. Рассчитать активную мощность трехфазного приемника при несимметричной нагрузке.
11. Данные расчетов и измерений свести в таблицу.
12. Построить векторные диаграммы при симметричной и несимметричной нагрузке по опытным данным.
13. Сделать вывод по работе.