Исследование трехфазной цепи при соединении потребителей «треугольником»

 

Цель работы: определение соотношений между токами и напряжениями трехфазной цепи при соединении нагрузки “треугольником” при симметричных и несимметричных режимах нагружения.

 

ОСНОВНЫЕ ТЕРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Трехфазная система переменного тока представляет собой совокупность трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120 электрических градусов. Каждую отдельную цепь принято называть «фазой».

При соединении «треугольником» конец одной фазы соединяется с началом следующей и т. д. На рис. 1 показана схема соединения потребителей «треугольником», а также показаны условно положительные направления линейных токов , , , фазных токов , , и напряжений , , .

 

 

Рис. 1. Схема соединения потребителей «треугольником»

 

Из схемы видно, что зависимость между линейными и фазными токами может быть записана согласно закону Кирхгофа для узлов «а», «b», «с»:

, ,

, т. е. , (1)

, .

Напряжения на фазах нагрузки равны соответствующим линейным напряжениям:

, , .

Ток каждой фазы определяется по формулам:

, , .

На основании записанных соотношений строится векторная диаграмма напряжений и токов (рис. 2). Углы сдвига фаз , , между напряжением и током фазы определяются соотношением активной и реактивной составляющих сопротивлений нагрузок фаз

, , .

 

В настоящей работе используется чисто активная нагрузка фаз:

, , .

следовательно, сдвиг по фазе отсутствует, т.е. .

 

Рис. 2. Векторная диаграмма для схемы, изображенной на рис. 1

 

Существует два основных режима работы трехфазной цепи:

1. Симметричный, когда все параметры фаз идентичны, а напряжения фаз

сдвинуты относительно друг друга по фазе строго на .

2. Несимметричный, когда какое-либо из этих условий не выполняется.

Симметричный режим. (в общем случае ) следовательно, действующие значения токов одинаковы

, , ,

т. е. .

Построив для этого режима векторные диаграммы напряжений и токов (рис. 3, а), нетрудно убедится, что линейные токи раз больше фазных:

.

Несимметричный режим. В настоящей работе система питающих напряжений принята симметричной. Рассматриваются случаи несимметрии только за счет неодинаковости нагрузки фаз, т. е. (в общем случае ). Построив векторную диаграмму согласно уравнениям (1) (рис. 3, б), убедимся, что соотношение между линейными и фазными токами, записанное уравнением (2), не соблюдается.

 

Рис. 3. Векторные диаграммы напряжений и токов для схемы, изображенной на рис. 1 при активной нагрузке фаз: а – равномерная нагрузка фаз; б – неравномерная нагрузка фаз

 

К несимметричным режимам трехфазной цепи может быть отнесен случай обрыва одного из проводов питающей сети, что соответствует перегоранию предохранителя или срабатыванию автомата защиты сети в одном из линейных проводов. На рис. 4 показаны схематическое изображение цепи и векторная диаграмма для режима обрыва линейного провода А.

 

Рис. 4. Обрыв линейного провода: а – схема; б – векторная диаграмма

 

Согласно уравнениям (1) сопротивления , , фаз приемника, образующие замкнутый треугольник, разделяются на две параллельные ветви, подключенные к линейному напряжению .

Сопротивления и оказываются включенными последовательно на линейное напряжение, следовательно, напряжение на этих фазах уменьшается. Такой режим является аварийным.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

В лабораторной работе исследуются симметричные и несимметричные цепи с соединением приемников «треугольником» при чисто активной нагрузке, которая обеспечивает включением реостатов. Измерительные приборы включаются по схеме, изображенной на рис. 5. Вольтметр переносной.

 

 

Рис. 5. Схема лабораторной установки

 

1. Ознакомится с лабораторной установкой.

2. Установить с помощью реостатов равномерную нагрузку фаз. Произвести измерения напряжений, токов и мощности для случаев:

а) нормальный режим;

б) обрыв линейного провода.

3. Установить с помощью реостатов неравномерную нагрузку фаз. Произвести измерения напряжений, токов и мощности для случаев:

а) нормальный режим;

б) обрыв линейного провода.

4. Данные занести в таблицу 1.

 

Таблица 1

Режим работы	Измеряемые величины
B	B	B	A	A	A	A	A	A	Bт
Равномерная нагрузка	норм. режим
обрыв линии
Неравномерная нагрузка	норм. режим
обрыв линии

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Технические характеристики применяемых приборов.

2. Схема лабораторной установки.

3. Таблица измеряемых величин.

4. Векторные диаграммы для режимов, указанных преподавателем.

5. Выводы по проделанной работе.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

 

1. Нарисуйте схему соединения приемников “треугольником”.

2. Укажите, между какими точками в схеме измеряются линейные напряжения источника.

3. Укажите, между какими точками в схеме измеряются линейные напряжения на потребителе?

4. Как измерить линейные токи?

5. Как измерить фазные токи?

6. Как осуществить в лабораторной установке обрыв линейного провода?

 

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

 

1. Какие уравнения определяют зависимости между линейными и фазными токами трехфазной системы при соединении потребителей «треугольником»?

2. Какой вид имеет векторная диаграмма для симметричного режима работы трехфазной системы с соединением потребителей «треугольником»?

3. Какой вид имеет векторная диаграмма для симметричного режима работы при неодинаковой нагрузке фаз (нагрузка чисто активная)?

4. Каковы характерные особенности режима работы трехфазной цепи с соединением нагрузки «треугольником» при обрыве линейного провода?

5. Какой вид имеет векторная диаграмма для режима работы трехфазной цепи с соединением активной нагрузки «треугольником» при обрыве линейного провода?

6. Изменяются ли напряжения на фазах потребителя при изменении нагрузок фаз?

7. Является ли режим обрыва линейного провода аварийным и почему?

8. Является ли режим обрыва фазы нагрузки аварийным и почему?

Лабораторная работа №20