Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 7

1.Тема учебной программы: «Трехфазные цепи переменного тока».

2.Тема работы: «Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников энергии в «звезду»».

3.Цель работы: Сформировать умения определять роль нулевого провода и измерять линейные и фазные напряжения в схеме соединения приёмников в «звезду» с нулевым проводом.

4.Материально-техническое оснащение:

лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.

5.Теоретическая часть:

Трёхфазной системой электрических цепей называется совокупность трёх электрических цепей переменного тока одной частоты, ЭДС которых имеют разные начальные фазы и создаются общим источником энергии. Трёхфазную ЭДС получают от промышленных генераторов.

Генератор трехфазного тока отличается от генератора однофазного тока тем, что на статоре расположены три отдельные обмотки (фазные обмотки), оси которых сдвинуты одна относительно другой на угол 120° (рис.1). Каждую из обмоток трехфазного генератора вместе с присоединенной к ней внешней цепью принято называть фазой. Согласно стандарту фазы обозначаются буквами А, В и С.

Приняв за начало отсчета времени (t=0) начало периода ЭДС первой фазы, система уравнений ЭДС трёх фаз имеет вид:

е_А=Еmax ∙ sinω t,

е_В=Еmax∙ sin(ω t-120^◦ ),

е_С=Еmax∙ sin(ω t+120^◦ ).

Обмотки 3-хфазного генератора можно соединять «звездой» и «треугольником». Это позволяет использовать не шесть, а три-четыре провода, соединяющих генератор с потребителями. При соединении обмоток «звездой» концы обмоток х, у, z соединяют в одну точку, называемую нейтралью (нулевой точкой), а к началам обмоток А, В, С присоединяют линейные провода, соединяющие начала одноименных фаз источника и приемника.

Ток в линейном проводе называют линейным током (Iл). Ток в фазе генератора называют фазным током (Iф).

В четырехпроводной системе к нейтрали (нулевой точке) присоединяют нейтральный (нулевой) провод. Напряжения между началами обмоток (между линейными проводами) называют линейным напряжением (Uл). Напряжения между линейным и нулевым проводом называют фазным напряжением (Uф). При соединении трёхфазной системы в «звезду» действующие значения напряжений отличаются в раз:

Uл= Uф ≈ 1.73 Uф.

Фазные и линейные токи равны между собой: Iл=Iф.

Трёхфазную систему ЭДС с нулевым проводом применяют в жилых, общественных, производственных зданиях для исключения не симметрии фаз при неравномерной нагрузке.

6.Практическая часть:

-выполнение измерений фазного и линейного напряжений;

- определение роли нулевого провода;

- вычисление мощности трёхфазной системы;

-построение векторной диаграммы токов и напряжений электрической цепи с нулевым проводом.

6.1.Техника безопасности при выполнении работы:

Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.

6.2.Описание выполнения задания:

- ознакомиться с измерительными приборами;

- определить предел измерения и цену деления приборов;

- определить технические характеристики приборов.

6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.2):

-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки;

-перед выполнением измерений, убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение
«0 переменный ток».

-при помощи переключателя «равномерно»-«неравномерно» установить равномерную нагрузку фаз;

- переключателем «вкл0-выкл0» включить нулевой провод;

- для измерения напряжения нулевого провода установить вольтметр между клеммами «О» и «О¹», включить питание лабораторного стола, записать показания вольтметра U₀ в таблицу1.

Таблица1

№ п/п

Измерено

Вычислено

Режим

А

А

А

А

В

В

В

В

В

В

В

Вт

Вт

Вт

Вт

С нулевым проводом Симметричная нагрузка

С нулевым проводом. Несимметричная нагрузка.

Без нулевого провода. Симметричная нагрузка.

Без нулевого провода. Несимметричная нагрузка.

-определить показания всех амперметров, записать значения в таблицу1, отключить питание;

- установить вольтметр между клеммами «А» и «О¹», включить питание цепи, измерить напряжение фазы А, значение фазного напряжение записать в таблицу1, отключить питание;

-установить вольтметр между клеммами «В» и «О¹», включить питание цепи, измерить напряжение фазы А, значение фазного напряжение записать в таблицу1, отключить питание;

-установить вольтметр между клеммами «C» и «О¹», включить питание цепи, измерить напряжение фазы А, значение фазного напряжение записать в таблицу1, отключить питание;

-установить вольтметр между клеммами «А» и «С», включить питание цепи, измерить напряжения между фазами А и C, значение линейного напряжения U_АС записать в таблицу1, отключить питание;

-установить вольтметр между клеммами «В» и «С», включить питание цепи, измерить напряжения между фазами В и C, значение линейного напряжения U_ВС записать в таблицу1, отключить питание;

-установить вольтметр между клеммами «А» и «В», включить питание цепи, измерить напряжения между фазами А и В, значение линейного напряжения U_АВ записать в таблицу1, отключить питание;

-переключателем «равномерно»-«неравномерно» установить неравномерную нагрузку фаз, переключателем «вкл0-выкл0» включить нулевой провод;

-определить показания всех амперметров, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание;

-измерить напряжение U₀, U_A, U_B, U_C, U_AB, U_BC, U_AC., отключая цепь от источника питания перед переустановкой вольтметра, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание;

- переключателем «равномерно»-«неравномерно» установить равномерную нагрузку фаз, переключателем «вкл0-выкл0» отключить нулевой провод;

-определить показания всех амперметров, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание;

-измерить напряжение U₀, U_A, U_B, U_C, U_AB, U_BC, U_AC., отключая цепь от источника питания перед переустановкой вольтметра, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание;

-при помощи переключателя «равномерно-неравномерно» установить неравномерную нагрузку фаз, переключателем «вкл0-выкл0» отключить нулевой провод;

-определить показания всех амперметров, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание;

-измерить напряжение U₀, U_A, U_B, U_C, U_AB, U_BC, U_AC., отключая цепь от источника питания перед переустановкой вольтметра, записать значения измерений в таблицу1, отключить питание.

6.3.Требования к оформлению отчета:

Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы, цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.

-перечертить в отчет схему электрической цепи (рис.2) и таблицу1;

- вычислить активную мощность фаз по формулам: , , (при активной нагрузке цепи cosφ =1);

-вычислить мощность трёхфазной цепи при неравномерной нагрузке фаз , где - активная мощность одной фазы, U_л - линейные значения напряжения, I_ф=I_л-линейные значения тока фазы.

Построить на масштабно-координатной бумаге векторные диаграммы токов и напряжений опытов в режимах работы цепи с нулевым проводом и равномерной нагрузкой; без нулевого провода и неравномерной нагрузкой.

Для построения векторной диаграммы напряжений и токов выбрать масштабы для напряжения и силы тока. (Например: для тока 1см: 0, 2А, для напряжения 1см: 50В или др.) Определить в выбранном масштабе длины векторов фазных и линейных напряжений и сил токов на диаграмме.

Построить векторную диаграмму для равномерной нагрузки. Векторы фазных напряжений построить из одной точки, расположив их под углом . Вдоль векторов фазных напряжений U_ф отложить соответствующие векторы фазных токов I_ф. При активной нагрузке напряжения и токи совпадают по фазе. Векторы линейных напряжений построить по правилам сложения векторов в соответствии с уравнениями: U_ab =U_a–U_b, U_bc =U_b –U_c,

U_cа =U_с –U_а. Возможный вид диаграмм (рис.3)

Построить векторную диаграмму напряжений и токов при неравномерной нагрузке фаз. Сначала построить векторную диаграмму линейных напряжений. В полученном треугольнике напряжений построением определить точку пересечения медиан. Из этой точки построить, соблюдая масштаб, векторную диаграмму токов (рис.4а)

Следующим построением определить точку смещения нейтрали U_N, совпадающую с концом вектора силы тока в нулевом проводе I₀. Построение вектора силы тока I₀ выполнить по правилу сложения векторов в соответствии с уравнением первого закона Кирхгофа для узлов электрической цепи (рис. 4б):

Достроить от точки смещения нейтрали U_N векторы фазных напряжений Ua, Ub, Uc (рис.4). Убедиться, что длины полученных при построении векторов Ua, Ub, Uc соответствуют результатам измерений фазных напряжений.

Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.

6.4. Контрольные вопросы:

Пояснить область применения четырехпроводных трехфазных цепей.

Указать какие напряжения в трехфазной цепи называются фазными.

Указать какие напряжения в трехфазной цепи называются линейными.

Пояснить роль нулевого провода в четырехпроводной трехфазной цепи.

Изложить преимущества трехфазной цепи по сравнению с однофазной.

Указать случаи применения трехпроводной цепи.

6.5.Используемая литература:

Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Республиканский институт профессионального образования»

Филиал «Индустриально-педагогический колледж»

Учебная дисциплина

«Электротехника с основами электроники»

Лабораторная работа №8

Исследование трёхфазной цепи при соединении приёмников энергии в «треугольник»