Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 8

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

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

3.Цель работы: Сформировать умения исследовать трёхфазные цепи при соединении приёмников энергии в «треугольник», измерять линейные и фазные токи.

4.Материально-техническое оснащение:

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

5.Теоретическая часть:

Трехфазная цепь является совокупностью трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, создаваемые общим источником, сдвинутые относительно друг друга по фазе на 120^o. Участок трехфазной системы, по которому протекает одинаковый ток, называется фазой. Трехфазная цепь состоит из трехфазного генератора, соединительных проводов и приемников или нагрузки, которые могут быть однофазными или трехфазными.

В трёхфазной цепи приёмники электроэнергии можно соединить «треугольником». При этом отдельные фазы приёмника присоединяют к линейным проводам, идущим от источника. При таком соединении каждая фаза приёмника непосредственно включается на линейное напряжение, которое в тоже время будет и фазным напряжением, т.е.

U_А=U_АВ, U_В=U_ВС, U_С=U_СА.

Фазные и линейные токи не равны между собой, соотношение между ними можно получить по первому закону Кирхгофа, записанному для узлов схемы в векторной форме.

Из уравнений следует, что любой из линейных токов равен геометрической разности токов тех двух фаз нагрузки, которые соединяются с данным линейным проводом. Это соотношение учитывается при построении векторной диаграммы токов. Независимо от характера нагрузки геометрическая сумма линейных токов в трехпроводной цепи равна нулю:

Это значит, что на векторной диаграмме линейные токи должны образовать замкнутый контур – треугольник. Сложение векторов производится геометрическим суммированием по «правилу параллелограмма». Вычитание — действие обратное сложению. В общем случае вектор фазного тока располагается рядом с вектором соответствующего фазного напряжения под углом сдвига фаз φ.

Угол сдвига фаз φ определяется характером нагрузки. Если нагрузка активная, то φ = 0^о, а при индуктивной нагрузке φ = 90^о. При симметричной нагрузке (Z_АВ = Z_ВС = Z_СА) фазные токи равны по величине, углы сдвига фаз токов по отношению к соответствующим фазным напряжениям одинаковы.

При активной нагрузке фаз векторы фазных токов совпадают по направлению с векторами соответствующих фазных напряжений. Для построения векторов линейных токов, нужно из каждого фазного тока геометрически вычесть соседний фазный ток.

На векторной диаграмме линейных и фазных токов (рис.1) видно, что векторы линейных токов I_А, I_B, I_C образуют трехлучевую звезду, расположенную под углом 30⁰ к трехлучевой звезде векторов фазных токов I_АВ, I_BC, I_СА. Сила тока в линии I _л = 2I_фcos 30° = 2I_ф∙ /2 = I_ф.. При равномерной нагрузке фаз в схеме «треугольник» любой линейный ток больше фазного в раз. Линейный ток İ _A отстает по фазе от фазного тока İ _ab на угол 30°, на этот же угол отстает İ _B от İ _bc, İ _C от İ _ca. Соотношение между модулями фазных и линейных токов определяются выражением: I _л = I_ф. Соединение «треугольником» применяется для включения электроламп и электродвигателей.

„ Преимуществом соединения потребителей в «треугольник» является взаимная независимость фазных токов при отсутствии нулевого провода. Обрыв линейного провода приводит трехфазную систему к однофазной с двумя параллельными ветвями.

6.Практическая часть:

-определение линейных и фазных токов и напряжений при соединении потребителей энергии в «треугольник»;

-построение векторной диаграммы токов.

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;

-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 переменный ток»;

- включить на каждой фазе по две лампы накаливания одинаковой мощности, ключ В1и ключ В2 замкнуть;

- включить напряжение на лабораторном столе, определить показания всех измерительных приборов;

-убедиться, что фазные нагрузки при соединении треугольником находятся под линейным напряжением сети;

-результаты измерений записать в таблицу1:

Таблица1

-оставив количество ламп в фазах неизменным, создать обрыв линии, разомкнув ключ В₂;

-измерить фазные напряжения и токи, результаты измерений записать в таблицу1;

-оставив количество ламп в фазах неизменным, разомкнуть ключ В₁, замкнув ключ В₂, тем самым создать обрыв фазы;

-измерить фазные напряжения и токи, результаты измерений записать в таблицу1, отключить напряжение;

-создать неравномерную нагрузку фаз для этого включить на одной из фаз две лампы накаливания разной мощности, ключ В1 и ключ В2 замкнуть;

-включить напряжение на лабораторном столе, определить показания всех измерительных приборов, результаты измерений записать в таблицу1.

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 линейные силы тока I_А, I_В, I_С по формуле: Iл = Iф, где Iл - линейный ток;

-вычислить активную мощность по формулам: Р_A= U_AB× I_AB, Р_B= U_BC× I_BC Р_C= U_CA× I_CA;

-вычислить активную мощность трёхфазной сети при равномерной нагрузке фаз , , где Р_ф - активная мощность одной фазы, , - линейные значения напряжения и тока, cosφ =1;

-вычислить активную мощность трёхфазной сети при неравномерной нагрузке фаз по формуле:

Построить на масштабно-координатной бумаге векторные диаграммы токов и напряжений при равномерной нагрузке линии. Для построения векторной диаграммы, исходя из численных значений напряжения и силы тока, выбрать масштабы. (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.

Сначала отложить из одной точки длины векторов фазных напряжений в соответствии выбранным масштабом, расположив их под углом (рис.3а).

Вдоль векторов фазных напряжений U_ф отложить соответствующие векторы фазных токов I_ф, т.к. напряжения и токи совпадают по фазе. Примерный вид векторной диаграммы фазных токов и напряжений на рис.3а.

Достроить на векторной диаграмме напряжений и фазных токов векторы линейных токов I_А, I_В, I_С в соответствии с уравнениями: , по правилам сложения векторов. Убедиться, что длины векторов линейных токов I_А, I_В, I_С на масштабной диаграмме соответствуют расчетным значениям (рис.3б).

Построить векторную диаграмму токов для неравномерной нагрузки фаз по такому же алгоритму.

Проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.

6.4.Контрольные вопросы:

Объяснить какие токи в трехфазной цепи называются фазными и какие линейными.

Объяснить, как получить трехфазную систему соединения «треугольником» обмоток источника и фаз приемника.

Раскрыть особенность расчета трехфазной цепи при равномерной нагрузке фаз.

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 №9

Исследование работы однофазного силового трансформатора