Основные теоретические положения. Используемая в промышленности система производства, распределения и применения электроэнергии связана с именем замечательного русского физика-энергетика М

Используемая в промышленности система производства, распределения и применения электроэнергии связана с именем замечательного русского физика-энергетика М. О. Доливо-Добровольского, который не только теоретически ее обосновал, но и разработал электрический генератор и систему линии передачи энергии.

Эта система использует три независимых, но связанных друг с другом линии, в каждой из которых используется одна э.д.с. Отдельная э.д.с. этой системы называется фазой, а вся система – трехфазной системой э.д.с. Для получения такой системы э.д.с. используется трехфазный генератор, состоящий из трех независимых одинаковых обмоток, равномерно размещенных на статоре электрогенератора и сдвинутых в пространстве на 120˚. В каждой обмотке индуцируются одинаковые по частоте, амплитуде и закону изменения э.д.с., при этом они сдвинуты по фазе друг относительно друга также на угол 120˚.

Источником энергии для такой системы является трехфазный генератор. Мгновенные значения ЭДС трех обмоток генератора можно представить либо в виде синусоидальных величин:

либо в векторной форме:

EФ; EФ ; EФ ,

(5.2)

где , , – векторы э.д.с. отдельных фаз; а Е_Ф= – действующее значение фазной э.д.с. Сумма векторов фазных э.д.с. равна нулю:

.

Обмотки фаз генератора и нагрузку фаз потребителя можно соединить звездой или треугольником. При соединении звездой концы обмоток фаз генератора объединяются в одну точку, образуя узел О. Нагрузки приемника также объединяются вместе одним выводом, образуя другой узел – О`. Между собой узлы обмоток фаз генератора и нагрузок приемника могут соединяться проводом, который называют нейтральным (или просто нейтралью) (рис. 5.1).

и источников звездой

Провода АА`, ВB`, СС` называются линейными. Напряжения между линейными проводами U_AB, U_ВC, U_CA называются линейными. Напряжения между линейными проводами и нейтралью U_А, U_В, U_С называются фазными. На основании второго закона Кирхгофа между линейными и фазными напряжениями может быть найдена взаимосвязь:

; ;

(5.3)

Трехфазная система э.д.с., нагрузки отдельных фаз которой равны, называется симметричной. В этом случае нейтральный провод не нужен.

Токи в проводах отдельных соединительных линий системы называют линейными I_л. Токи в нагрузках фаз (обмотках генератора) называют фазными I_ф. При соединении звездой линейные токи равны фазным:

I_л= I_Ф. (5.4)

При анализе работы (расчете) трехфазных симметричных или несимметричных цепей с нейтральным проводом, проводимость которого У₀=0, закономерно пользоваться законом Ома, так как напряжение каждой фазы генератора приложено полностью к нагрузке соответствующей фазы:

I_Ф =U_ф/Z_Ф, (5.5)

где Z_ф – комплексное сопротивление фазы. В случае отсутствия нейтрального провода или если провод имеет достаточное сопротивление, чтобы повлиять на величину передаваемого от генератора к потребителю напряжения, необходимо найти U₀ – напряжение между нулевыми точками 00`, для чего можно использовать метода узлового напряжения:

, (5.6)

где U_A, U_B, U_с – фазные напряжения трехфазного источника энергии.

Фазные напряжения нагрузки определяются из соотношений:

, , .

(5.7)

Зная напряжение на нагрузке и величину сопротивления нагрузки, ток несложно найти на основании закона Ома. Ток в нейтральном проводе, на основании 1-го закона Кирхгофа, равен векторной сумме токов нагрузок отдельных фаз:

. (5.8)

Мощность, потребляемая нагрузками всех трёх фаз, определится как их сумма по отдельным фазам:

активная мощность:

P=P_A+P_B+P_C, (5.9)

реактивная мощность:

Q=Q_A+Q_B+Q_C, (5.10)

полная мощность:

(5.11)

где Р_А, Р_B, Р_C, Q_A, Q_B, Q_C – активные и реактивные мощности, потребляемые приемниками отдельных фаз.

Порядок выполнения работы и обработки результатов

1. Соберите устройство для проведения эксперимента по схеме рис.5.2, запишите технические характеристики приборов и оборудования.

Рис. 5.2. Схема опыта при активной нагрузке

трехфазной системы, соединенной звездой

2. Проведите измерения режимов работы элементов трехфазной цепи для случаев:

ü симметричной активной нагрузки снейтральным проводом ибез нейтрального провода;

ü несимметричной активной нагрузки с нейтральным проводом и без нейтрального провода. Для создания активной несимметричной нагрузки часть ламп в ламповых реостатах фаз по указанию преподавателя выключается;

ü обрыва одной фазы с нейтральным проводом и без нейтрального провода (крайний случай не симметрии);

ü короткого замыкания одной фазы без нейтрального провода (крайний случай не симметрии).

Проводить испытания при замыкании одной из фаз с нейтральным проводом недопустимо!

Полученные результаты занесите в табл. 5.1.

Таблица 5. I

Результаты измерений и вычислений по пунктам 2 и 3

3. Соберите устройство для проведения эксперимента при разнородной нагрузке фаз (схема на рис. 5.3). В фазу А включите конденсатор емкостью 10 мкФ, в фазу В – ламповый реостат, а в фазу С – ламповый реостат и катушку индуктивности.

Рис. 5.3. Схема опыта при разнородной несимметричной нагрузке

трехфазной системы

4. Проведите измерения режимов элементов в устройстве с нейтральным проводом и без нейтрального провода (схема на pиc. 5.3). Результаты занесите в табл. 5.2.

5. Заполните графы табл. 5.1 "Вычислено" и постройте векторные диаграммы для всех случаев без нейтрального провода.

6.По данным табл. 5.2 произведите вычисления и заполните табл. 5.3, постройте векторные диаграммы.

Таблица 5. 2

Результаты измерений по пункту 4

6. Используя зависимости

; ,

; ,

вычислите активную, реактивную и полную мощности, потребляемые каждой фазой приемника.

Таблица 5.3

Дата добавления: 2014-10-14; просмотров: 153; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!