Висновки за результатами роботи

6.1. Порівняйте:

6.1.1. Результати розрахунків коефіцієнта за формулою (5.1) з теоретичним значенням.

6.1.2. Результати розрахунків потужності за формулами (5.5), (5.9) і (5.10).

6.2. Коротко охарактеризуйте побудовані векторні діаграми.

6.3. Поясніть вплив обриву нейтрального або лінійного провідника на роботу окремих електроприймачів.

Запитання для самоперевірки та тестового контролю

1. Які особливості будови та з’єднання обмоток промислового генератора трифазної системи?

2. Які напруги та струми трифазної мережі живлення називають фазними, а які лінійними?

3. Як виконати з’єднання зіркою споживачів трифазного змінного струму?

4. Яка існує залежність між фазними і лінійними напругами у разі з’єднання споживачів зіркою і симетричному навантаженні фаз?

5. Як змінюються фазні напруги у трифазному колі у разі з’єднання споживачів зіркою і порушення симетрії навантаження за умови наявності або відсутності нейтрального проводу?

6. Яка залежність між лінійними і фазними струмами у разі з’єднання споживачів зіркою?

7. Які методи вимірювання активної потужності споживачів трифазного змінного струму, що з’єднані зіркою, використовують за симетричного і несиметричного навантаження фаз?

8. У яких випадках використовують чотирипровідну лінію електропостачання споживачів?

9. Які переваги симетричного навантаження фаз перед несиметричним?

10. Коли доцільно застосувати трипровідну лінію живлення споживачів?

11. Яке призначення нейтрального проводу?

12. Чому у нейтральному проводі забороняється ставити запобіжник, амперметр, вимикач тощо?

Література: 17, 4.1—4.4, 4.7—4.10; 13, 4.1—4.4, 4.7; 12, 5.1—5.3, 5.5, 5.6; 8, 3.1—3.2, 3.4—3.8; 11, с.76 — 78, с.80; 9, 5.1—5.3, 5.5—5.6.

 

Лабораторна робота № 6

ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛА ТРИФАЗНОГО змінного струму

При з’єднанні споживачів трикутником

Мета роботи – вивчити методики вимірювання та розрахунку параметрів кола трифазного змінного струму, споживачі в якому з’єднані трикутником.

Завдання на виконання роботи

Вивчити особливості з’єднання споживачів трикутником і методику вимірювання напруг, струмів і потужностей в колі трифазного змінного струму.

Дослідити роботу кола трифазного змінного струму, споживачі в якому з’єднанні трикутником, за рівномірного і нерівномірного навантаження фаз.

Визначити за результатами дослідів співвідношення між лінійними і фазними струмами за симетричного навантаження фаз.

Вивчити методику розрахунку активної потужності окремих фаз і системи в цілому за показаннями двох ватметрів та вольтметра й амперметра.

Порівняти результати визначення потужностей за показаннями ватметрів з розрахованими за показаннями амперметра та вольтметра.

Побудувати за дослідними даними векторні й топографічні діаграми напруг і струмів трифазного кола для симетричного і несиметричного навантаження фаз.

Лабораторна установка та її електрична схема

Дослідженню підлягає трифазне коло з активним споживачами, з’єднаними за схемою трикутник. Функціональна схема дослідної установки для визначення параметрів кола трифазного змінного струму, споживачі в якому з’єднані трикутником, показана на рис.6.1. Дослідна установка збирається з елементів кола, рекомендований перелік яких наведено в дод. 4.

 

Споживач – це реостат, що має дві вітки активного навантаження (лампи розжарювання або резистори) EL і перемикачі SA. До триполюсного вимикача QF джерела трифазної симетричної напруги реостати приєднують через комутаційні блоки XS1—S1 — XS3—S3. Крім того, аналогічні комутаційні блоки XS4—S4 — XS6—S6 є у кожній фазі споживача.

Комутаційний блок – це розетка XS з шунтувальним перемикачем S, робоча позиція якого — "Ввімкнено". Наявність цих комутаційних блоків дає можливість використовувати для вимірювання струмів (фазних і лінійних відповідно) один амперметр РА, до виводів обмотки якого приєднана штепсельна вилка ХР3—ХР4.

Для вимірювання лінійних (вони ж фазні) напруг використовують вольтметр pV, до виводів котушки якого приєднуються щупи ХР1—ХР2 з ізольованими рукоятками.

Вимірювання активної потужності трифазної системи проводиться за допомогою двох ватметрів рW1 і рW2. Враховуючи схему їх ввімкнення (див.рис.6.1), бажано, щоб обидва ватметри були однотипні та мали однакові метрологічні характеристики і номінальні параметри. Розміщення вимірювальних приладів, затискачів вимикача QF трифазної напруги, реостатів активного навантаження EL1—EL6 з вимикачами SA1—SA6, комутаційних блоків XS1—XS4 з вимикачами S1—S4, змонтованими на відповідній ділянці універсального лабораторного стола, на схемі показано умовно. Між собою елементи кола з’єднуються за допомогою контактних перемичок (на схемі показані потовщеними лініями) і провідників з наконечниками. Зібрана таким чином схема надає можливість використовувати мінімальну кількість приладів і збільшити наочність вимірювань.

Підготовка до виконання роботи

3.1. Ознайомтеся з розміщенням на панелі лабораторного стенда затискачів А, В і С вимикача QF джерела напруги, реостатів EL1—EL6, контактних блоків ХS1—S1 — ХS6—S6, перевірте їх дієздатність і запам’ятайте положення “Ввімкнено” та “Вимкнено” на перемикачах SA1—SA6, S1—S6 і вимикачі QF.

3.2. Виберіть необхідні для дослідів прилади, визначте їх тип, систему, номінали шкал, клас точності, встановіть їх відповідність вимогам, вказаним в описі установки та дод. 4 і заповніть таблицю приладів (табл. 6.1). Зверніть увагу на розміщення генераторних і навантажувальних затискачів: «І» — послідовної та “U” — паралельної котушок ватметрів. Виставте на обох ватметрах однакові межі вимірювання за струмом і напругою.

Таблиця 6.1

Характеристика електровимірювальних приладів

(приклад)

Назва приладу	Марка	Система	Клас точності	Межа вимірювання	Ціна поділки	Заводський номер
Вольтметр	Э545	Електромагнітна	0,5	0-150- 300	2 В/под.	№…….
Амперметр	Э539	Електромагнітна	0,5	0- 2,5 -5	0,025 А/под.	№…….
Амперметр	Э539	Електромагнітна	0,5	0-2,5- 5	0,05 А/под.	№…….
Ватметр	Д535	Електродинамічна	0,2	0-75- 150 -300 В 0- 2,5 -5 А	5 Вт/под.	№…….

 

3.3. Зберіть схему, зображену на рис.6.2, а, такій послідовності:

3.3.1. Контакти ХТ4 реостата EL1—EL2 з’єднайте перемичкою з комутаційним блоком XS4—S4. Аналогічно з’єднайте контакт ХТ5 реостата EL3—EL4 з блоком XS5-S5 і контактХТ6 реостату EL5—EL6 з блоком XS6—S6. Прийнявши вихідні контакти блоків XS4—S4 — XS6—S6 за умовні кінці навантаження фаз, а контакти ХТ1, ХТ2 і ХТ3 за умовні початки відповідних фаз (точки а, b і с на рис.6.2), з’єднайте за допомогою провідників кінець фази а —з початком фази b; кінець фази b — з початком фази c; кінець фази с — з початком фази а. Утворені при цьому вузли a, b і с приєднайте перетинками до вихідних контактів комутаційних блоків XS1—S1 — XS3—S3 відповідно.

3.3.2. Вхідний затискач блоку XS1—SA1 з’єднайте з навантажувальним затискачем “ І” ватметра PW1 і, перемкнувши між собою його генераторні затискачі (відмічені зірочками), приєднайте їх до затискача А вимикача QF джерела напруги. Навантажувальний затискач “ U” ватметра з’єднайте з вхідним затискачем комутаційного блоку XS2—S2.

3.3.3. Вхідний затискач блоку XS3—SA3 з’єднайте з навантажувальним затискачем “ І” ватметра PW2 і, перемкнувши між собою його генераторні затискачі (відмічені зірочками), приєднайте їх до затискача С вимикача QF джерела напруги. Навантажувальний затискач “ U” ватметра з’єднайте з вхідним затискачем комутаційного блоку XS2-S2, який у свою чергу приєднайте до затискача В вимикача QF джерела напруги.

3.3.4. Приєднайте до затискачів обмотки вольтметра pV провідники з щупами XP1 і XP2, а до амперметра pA — кінці XP3—ХР4 штепсельної вилки.

Хід виконання роботи

4.1. Проведіть дослід 1 — симетричне навантаження фаз. Для цього виконайте такі дії:

4.1.1. Увімкніть перемикачі комутаційних блоках S1—S6. Після перевірки схеми викладачем увімкніть перемикач QF і, вмикаючи по черзі перемикачі SA1—SA6, виставте симетричне навантаження фаз, ознакою якого буде те, що показання ватметрів PW1 і PW2 будуть однакові. Запишіть ці показання у відповідні прографки таблиці.

4.1.2. Притиснувши щупи ХР1 і XP2 вольтметра почергово до вузлових точок А та В, В і С, С та А виміряйте та запишіть у таблицю лінійні напруги U _АВ, U _ВС, U _СА відповідно. Зверніть увагу, що лінійні напруги джерела є фазними напругами споживача — U _ab, U _bc, U _ca.

4.1.3. Для вимірювання фазного струму I _ab вставте вилку XP3—XP4 у розетку ХS4 і переведіть шунтувальний перемикач S4 у положення «Вимкнено». Записавши показання амперметра у таблицю, поверніть перемикач S4 у положення «Ввімкнено», вийміть вилку XP3—XP4 з розетки ХS4.

4.1.4. Використавши контактні блоки XS2—S2 і XS3—S3 і діючи аналогічно п. 4.1.3 виміряйте та запишіть у табл.6.1 фазні струми I _bc і I _ca, відповідно.

4.1.5. Для вимірювання лінійного струму І _А вставте вилку XP 3- XP 4 у розетку ХS1 і переведіть шунтувальний перемикач S1 у положення «Вимкнено». Записавши показання амперметра у таблицю, поверніть перемикач S1 у положення «Ввімкнено», вийміть вилку XP3—XP4 з розетки ХS1.

4.1.6. Діючи аналогічно п. 4.1.5, виміряйте та запишіть у таблицю фазні струми I _В і I _С, використавши відповідно комутаційні блоки XS2—S2 і XS3—S3.

 

Результати дослідження та розрахунків параметрів кола трифазного змінного струму при з'єднанні споживачів трикутником

Дослідні дані

Результати обчислень

Прилад

Вольтметр

Амперметр

Ватметр

=Іл/Іф

=√3Uл Iл cos j

=Uab Iab cos jab

=Ubc Ibc cos jbc

=Uca Ica cos jca

=P'a+P'b+P'c

=PW1+PW2

Ціна поділки

CV=……..В/под.

CА=………A/под.

CA=……….А/под.

CW=……Вт/под.

Вимірюваний параметр

Напруга фазна (лінійна)

Струм

Потужність

фазний

лінійний

Режим роботи кола

Uab

Ubc

Uca

Іab

Іbc

Іca

IA

IB

IC

P1

P2

KІ

P

P'ab

P'bc

P'ca

SP'

SPW

Под.

B

Под.

В

Под.

В

Под

A

Под

A

Под

A

Под

А

Под

А

Под

А

Под

Вт

Под

Вт

-

Вт

Симетричне навантаження фаз

Несиметричне навантаження фаз

-

-

Одна фаза повністю розвантажена, навантаження інших двох — однакове

-

-

Повністю розвантажені обидві фази

-

-

Обрив лінійного проводу, навантаження фаз однакове

-

-

4.2. Проведіть дослід 2 — несиметричне навантаження фаз. Для цього вимкніть перемикачі, наприклад, SA4 і SA5. Зверніть увагу, що за несиметричного навантаження фаз ватметри PW1 і PW2 мають різні значення. Запишіть показання обох ватметрів і проведіть вимірювання згідно з пунктами 4.1.2 — 4.1.6. Ввімкніть перемикачі SA4 і SA5.

4.3. Проведіть дослід 3 — одна фаза повністю розвантажена, дві інші навантажені рівномірно. Для цього вимкніть перемикачі, наприклад, SA5 і SA6. Запишіть покази обох ватметрів та проведіть вимірювання згідно з пунктами 4.1.2 — 4.1.6. Ввімкніть перемикачі SA5 і SA6.

4.4. Проведіть дослід 3 — повністю розвантажені дві фази. Для цього вимкніть перемикачі, наприклад SA3—SA6. Запишіть показання обох ватметрів та проведіть вимірювання згідно з пунктами 4.1.2 — 4.1.6. Ввімкніть перемикачі SA3 — SA6.

4.5.Проведіть дослід 7— обрив лінійного провідника, всі фази рівномірно навантажені. Для цього вимкніть вимикач QF і зніміть провідник між затискачем В вимикача QF джерела напруги та комутаційним блоком XS2 — S2. Після перевірки схеми викладачем увімкніть вимикач QF, запишіть показання обох ватметрів та проведіть вимірювання згідно з пунктами 4.1.2 — 4.1.6.

4.6. Закінчивши досліди, вимкніть вимикач QF, покажіть результати дослідів викладачеві та з його дозволу розберіть схему установки.

5. Опрацювання дослідних даних

5.1. За даними досліду 1 обчисліть:

5.1.1. Середньоарифметичне значення лінійної напруги Ū_л

. (6.1)

5.1.2. Середньоарифметичне значення лінійного струму Ī_л

. (6.2)

5.1.3. Врахувавши, що за активного навантаження (лампи розжарювання, резистори) cos j = 1, середнє значення загальної потужності P² за формулою

. (6.3)

5.1.4. Середньоарифметичне значення фазного струму Ī_ф

. (6.4)

5.1.5 Співвідношення між середньоарифметичними значеннями лінійного та фазного струмів за формулою

. (6.5)

5.2. Використовуючи показання амперметра і вольтметра та врахувавши, що за активного навантаження (лампи розжарювання, резистори) cos j _ф = 1, обчисліть потужність окремих фаз трифазного споживача за формулами:

; (6.6)

; (6.7)

. (6.8)

і загальну потужність кола за формулами:

; (6.9)

. (6.10)

Результати розрахунків запишіть у відповідні прографи таблиці.

5.3. За результатами дослідів 1 і 2 побудуйте топографічні векторні діаграми струмів і напруг (рис. 6.2, а і б). При побудові зверніть увагу на таке:

5.3.1. Оскільки навантаження фаз чисто активне, то відповідні вектори фазних напруг і струмів збігається за фазою. Тому, побудувавши на координатній площині довільно розміщений рівносторонній трикутник аbc лінійних (він же трикутник фазних напруг споживача) і зірку фазних симетричних напруг джерела, з вершини b у напрямку в масштабі відкладіть вектор , аналогічно з вершини c — вектор і з вершини a — вектор ;

5.3.2. Врахувавши, що лінійні струми І_А, І_В і І_С визначаються з рівнянь, складених за першим законом Кірхгофа для вузлів а, b і с, тобто:

,

з кінця вектора відкладіть вектор , змінивши при цьому його напрямок на протилежний. З'єднавши початок вектора з кінцем вектора - , одержите вектор лінійного струму . Аналогічно побудуйте вектори струмів і .