 |
Исследование соединения однофазных приёмников электрической энергии по схеме
|
|
|
|
"ЗВЕЗДА"
Цель работы: Экспериментально изучить соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами в случаях симметричных и несимметричных приемников, соединенных по схеме "звезда". Ознакомиться со свойствами трех- и четырёхпроводных трехфазных цепей в нормальных и аварийных режимах.
Теоретическое введение.
Трёхфазная система переменного тока состоит из трёх связанных электрических цепей (фаз), в которых действуют синусоидальные напряжения одинаковой частоты и равных амплитуд, сдвинутых друг относительно друга на 
(на 120°), что по времени составляет треть периода.
На рис. 6.1 Показана электрическая схема трехфазной цепи, в которой применено связывание фаз источника и приемника по схеме "звезда".
В этой схеме напряжения Ua, Ub и UC, действующие между началом и концом хаждой фазы, называют фазными, а напряжения Uаb= Ubс и Uса, действующие между началами фаз, называются линейными. В соответствие, со вторым
законом Кирхгофа: 
аb = a - b, с = b - C, са = с – а, т.е.действующее значение каждого линейного напряженна равно векторной разности соответствующих фазных напряжений. На рис. 6.2 показаны вектора фазных и линейных напряжений для случая симметричных фазных приёмников в схеме "звезда". Из векторной диаграммы легко установить, что для симметричных цепей Un = > 
3U𝓅.
В замкнутой трёхфазной системе, когда приёмники подключены к источнику, в фазах приёмников и в проводах соединительной линии протекают токи. Первые из них называют фазными, вторые - линейными. Если цепь симметрична, то фазные токи приёмников равны, и их вектора сдвинуты относительно друг друга на .
Величина действующего значения каждого фазного тока определяется из закона Ома: 
= 
, где 
- полное сопротивление фазного приемника. Для схемы "звезда" фазные токи совпадает с линейными:
|
|
|
Iл = . Векторная диаграмма, токов в симметричном приемнике показана на рис. 6.3. В симметричной цепи справедливо соотношение 
+ 
+ 
= 0.
Провода, соединяющие начала фаз источника и приёмника, называются
линейными (провода 
. 
и Сс на рис, 6.1).Провод, соединяющий нейтральные точки звезды источника и звезды однофазных приёмников, называется нейтральным или нулевым (провод Nn на рис. 6.1).
В электроустановках с напряжением до 1000 В наибольшее распространение для совместного питания силовых и осветительных нагрузок получили трёхфазные четырёхпроводные сети (рис.6.1). Обычно нейтральные точки источника (трансформатора или генератора)и схемы приёмников наглухо заземляются, что обусловлено требованиями электробезопасности.
При асимметрии однофазных приёмников, что часто имеет место в реальных условиях эксплуатации электроустановок, роль нейтрального провода исключительна и заключается в сохранении симметрии фазных напряжений. В этом режиме токи в фазных цепях различны как по величине,
так и по фазовым углам сдвига, и не составляют симметричную систему. В нейтральном проводе здесь протекает ток In, который, согласно первому закону Кирхгофа, может быть найден путем, геометрического сложения фазных токов: = + 
= 0 (см. пример на рис. 6.4.)
Для питания заведомо симметричных силовых нагрузок могут применяться трехпроводные сети, в которых отсутствует нейтральный провод: поскольку в симметричной нагрузке, как указывалось, 
+ + = 0 то в нейтральном проводе ток будет отсутствовать, а значит, сам нейтральный провод в этом случае никаких функций не выполняет.
Если же, по каким - либо причинам несимметричные приёмники, соединенные звездой, окажутся включенными в трехпроводную цепь (например, произойдет обрыв нейтрального провода), то симметрия фазных напряжений нарушится, и нейтральная точка "n" на векторной диаграмме сместится из центра треугольника линейных напряжений (точки "N"). В результате между нейтральными точками источника и приёмника возникает напряжение 
тем большее, чем больше асимметрия нагрузок. Токи фаз при этом установятся такими, чтобы их геометрическая сумма стала равной нулю. Векторная диаграмма
|
|
|
напряжений на рис. 6.5 демонстрирует это явление, называемое "переходом фаз".
При соединении однофазных приёмников по схеме "звезда" нейтрального провода представляют интерес два частных случая несимметричной нагрузки: обрыв линейного провода и короткое замыкание одной фазы.
В случае обрыва одного линейного провода, например, "А"две другие фазы оказываются соединёнными последовательно по отношению к линейному напряжению, в нашем случае 
(см.рис.6.1), вследствии чего по цепи из двух фаз протекает ток
= 
= 
, где 
- реактивные сопротивленияприемников в соответствующих фазах. Величины напряжений в "здоровых" фазах определяются как 
. На векторной диаграмме напряжений такой цепи (рис. 6.6) точка "n" смещается на линию вектора 
(сравни с рис. 6.5). Ток в приёмнике с оборванным линейным проводом равен нулю.
В случае короткого замыкания одной фазы, например "А", при отсутствии нейтрального провода потенциалы точек "а" и "n" совпадают (на векторной диаграмме напряжений точка "n" сместится в точку "а" - см. рис. 6.7), т.е. 
, а фазные напряжения на "здоровых" фазах приёмника станут равны линейным: 
- возрастут в 
раз. Во столько же возрастут и величины токов в "здоровых" фазах. Несмотря на то, что напряжение замкнутой накоротко фазы равно нулю, ток в ней не равен нулю. Для нашего примера его можно определить из векторного уравнения
= - (
).
Содержание и порядок выполнения работы.
1. Рассчитать фазные напряжения источника, обеспечивающие заданные в исходных данных линейные напряжения при связывании фаз источника по схеме "звезда": 
= 
.
2. Рассчитать фазные токи для симметричного (и несимметричного (
приёмников в четырёх проводной схеме включения; поскольку в четырёх проводной схеме фазные напряжения приёмника равны соответствующим фазным напряжениям источника, принять 
|
|
|
3. О четырёх проводной схеме рассчитать ток нейтрального провода несимметричного приёмника: 
= 
+ 
; расчет выполнить с помощью векторной диаграммы, построенной в масштабе на миллиметровой бумаге.
4. В трёхпроводной схеме включения симметричного приемника
рассчитать фазные напряжения и токи: а) при аварийном обрыве одной
из линий; б) при аварийном коротком замыкании (К.З.) одной из фаз.
Аварийную фазу (линию) выбрать и соответствии с исходными
данными.
Результаты расчетов занести в таблицу 6.1.
5. Собрать на стенде цепь, соответствующую четырёх проводной
схеме на. рис. 6.3, с симметричным приёмником (
).
6. Установить в фазах источника рассчитанное фазное напряжение.
7. Измерить линейные напряжения 
Убедиться, что
они совпадают с заданными в исходных данных.
Результаты измерений (этих, так же как и всех последующих) занести в таблицу 6.1.
8. Измерить фазные напряжения 
фазные токи 
и ток нейтрального провода 
. Убедиться, что напряжения и токи в разных фазах приблизительно равны между собой, а ток нейтрального провода пренебрежимо мал по сравнению с фазными токами (из-за неидеальной симметрии фазных напряжений источника и сопротивлений в фазах приёмника ток нейтрального провода будет отличаться от нуля).
9. Удалить из цепи нейтральный провод. Повторить измерения линейных и фазных напряжений и фазных токов в симметричной нагрузке при трёхпроводной схеме. Убедиться, что удаление нейтрального провода при симметричной нагрузке практически не повлияло на параметры цепи.
10. Удалить из цепи один из линейных проводов, т.е. смоделировать (в соответствии с исходными данными) обрыв линии. Повторить измерения линейных и фазных напряжений и фазных токов в нагрузке. Убедиться, что фазные напряжения в "здоровых фазах" составляют в этом случае половину линейного напряжения.
11. Восстановить оборванную линию. После чего заменить одну из фазных нагрузок перемычкой, т.е. смоделировать (в соответствии с исходными данными) короткое замыкание фазы. Повторить измерения линейных и фазных напряжений и фазных токов в нагрузке. Убедиться, что фазные напряжения в "здоровых фазах" равны в этом случае линейному напряжению.
|
|
|
12.Включить в цепь несимметричную нагрузку(
= 
) и восстановить четырехпроводную схему (нейтральный провод). Провести измерения линейных и фазных напряжений, фазных токов в нагрузке и тока нейтрального провода. Убедиться, что фазные напряжения сохраняют свою симметрию, а в нейтральном проводе протекает ток, сравнимый с фазными токами нагрузки.
13.Удалить из схемы нейтральный провод. Провести измерения линейных и фазных напряжений и фазных токов в нагрузке. Убедиться, что в отсутствие нейтрального провода в несимметричной нагрузке нарушается симметрия фазных напряжений (возникает "перекос фаз").
Таблица 6.1
| Цепь, режим работы | 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
А
| 
А
| 
А
| 
А
| 
Ом
| 
Ом
| 
Ом
| |
| 4-х проводная, симметр. натр. | Расчет | |||||||||||||
| симметр. нагр. | Опыт | |||||||||||||
| 3-х проводная, симметр. нагр. | Опыт | |||||||||||||
| 3-х проводная, обрыв линии" " | Расчет | |||||||||||||
| обрыв линии | Опыт | |||||||||||||
| 3-х проводная, ЮЗ.фазы" " | Расчет | |||||||||||||
| К.З.фазы | Опыт | |||||||||||||
| 4-х проводная, нееймметр. натр. | Расчет | |||||||||||||
| несимметр. нагр. | Опыт | |||||||||||||
| 3-х проводная, несимметр. нагр. | Опыт |
14. По результатам измерений построить векторные диаграммы токов и напряжений для всех исследованных случаев работы трёхфазной цепи.
Исходные данные.
Таблица 6.2
Данные отбираются по последней цифре номера зачетной книжки n
| n | ||||||||||
 Ом
| ||||||||||
 Ом
| ||||||||||
 Ом
| ||||||||||
 B
| 4.7 | 15.3 | 10.4 | 15.3 | 10.4 | 17.3 | ||||
| Авария фазы | "b" | "с " | " а" | "а " | " с" | "а " | " b" | "с " | "а " | "ъ " |
|
|
|
Вопросы для самоконтроля.
1. Начертите схему трехфазной цепи, в которой источних и приёмник связаны, по схеме "звезда" и соединены между собой четырёхпроводной линией. Покажите на схеме: а) нейтраль; б) фазу; в) линейный провод; г) нейтральный провод; д) где текут фазные токи источника и приёмника; е) где текут линейные токи; ж) где действуют фазные напряжения источника и приемника; з) где действуют линейные напряжения.
2.Что такое симметричный источник, симметричный приёмник? Можно ли считать симметричным приемник, в фазе А которого находится активное сопротивление 1 Ом, в фазе В - катушка с индуктивным сопротивлением 1 Ом, в фазе С - конденсатор с ёмкостным сопротивлением 1 Ом?
3. Как связаны между собой линейные и фазные напряжения на приёмнике: а), в общем случае (пояснить на векторной диаграмме); б) в случае симметричной цепи (обосновать). Как связаны между собой линейные токи в цепи и фазные токи приёмника?
4. В трёхфазной цепи 380/220В. Какое напряжение является фазным, а какое линейным? Какие еще встречаются промышленные цепи с напряжением до 1000В?
5. В чем состоит роль нейтрального провода? Можно ли эксплуатировать без нейтрального провода: а) заведомо симметричную нагрузку; б) несимметричную нагрузку? Приведите примеры заведомо симметричных приёмников.
6. Почему нейтраль промышленных сетей подлежит глухому заземлению?
7. Охарактеризуйте поведение трехпроводной цепи с симметричной нагрузкой в случае: а) короткого, замыкания фазы; б) обрыва линии или фазы. То же самое для четырехпроводной цепи.
|
|
|
IV. Собирание энергии-ци «шести сторон» (цай лю фан чжи ци)
IV.1. Исследование самооценки
L.3.2. Процессы присоединения частиц. Механизмы роста.
Q А можно ли применить исследование диалогической речи?
S-Металлы и их соединения
Teсm для проверки реальности соединения с высшим Я
UPDATE на основе соединения.
V. «Miles» и «militia» до конца X века (семантическое исследование)
АМНИОЦЕНТЕЗ (исследование амниотической жидкости)
Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
