3. Объяснить назначение нулевого провода.

4. Как определить ток в нулевом проводе?

5. Что такое напряжение смещения нейтрали? В каких случаях оно равно нулю?

Чем опасно короткое замыкание одной фазы при наличии и отсутствии нулевого провода?

Литература

1.                 Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.97 - 101.

2.                 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с.109 - 111.

Методические указания к лабораторной работе № 7

"ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ

ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ "ТРЕУГОЛЬНИК"

Цель работы: исследовать различные режимы работы потребителей трехфазного тока, соединенных по схеме "треугольник".

Порядок работы:

1. Ознакомиться с приборами, применяемыми в данной работе и записать их технические данные.

Собрать электрическую схему (Рис.1).

Рис.1

3. Измерить фазные, линейные токи и напряжения при симметричной нагрузке фаз. Убедиться, что IЛ =Iф.

4. Произвести указанные в пункте 3 измерения для несимметричной нагрузки (включить разное количество ламп в фазах).

5. Установив симметричную нагрузку, отключить полностью лампы в одной из фаз. Записать указания приборов.

6. При симметричной нагрузке фаз осуществить обрыв одного из линейных проводов. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1. Для всех пунктов эксперимента построить в масштабе векторные диаграммы.

Таблица 1

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Трехфазной системой переменных токов называется совокупность трех однофазных электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе на 1/3 периода и создаваемые общим источником электрической энергии. Обмотки фаз генератора имеют одинаковое число витков и выполняются из провода одинакового сечения, поэтому ЭДС, индуктированные в них, равны по величине. Если каждая из трех фаз генератора работает на автономную нагрузку, то такая трехфазная система называется несвязанной, в ней генератор соединен с потребителем шестью проводами (рис.2).

По закону Ома ток, протекающий в фазе

где UФ - напряжение на зажимах фазы

ZФ - полное сопротивление фазы.

Несвязанные системы неэкономичны и практического применения не имеют. Соединение фаз генератора и нагрузки может осуществляться по схемам "звезда" или "треугольник".

Объединяя попарно провода несвязанной шестипроводной системы (рис.2) и соединяя фазы генератора и нагрузки, можно перейти к трехпроводной трехфазной системе, соединенной треугольником (рис.3).

Как видно, соединение треугольником выполняется так, чтобы конец фазы "ав" был соединен с началом фазы "вс", конец фазы "вс" соединен с началом фазы "са", конец фазы "са" соединен с началом фазы "ав". К общим точкам соединения фаз подводятся линейные провода, соединяющие генератор с нагрузкой.

При соединении нагрузки по схеме "треугольник" линейное напряжение равно фазному: Uл = Uф.

Соотношения между фазными и линейными токами устанавливаются на основании первого закона Кирхгофа из уравнений, составленных для узловых точек "а", "в", "с" нагрузки

IА= Iав - Iса

IВ = Iвс - Iав

IС = Iса - Iвс

Таким образом, линейные токи равны алгебраической сумме векторов фазных токов. При симметричной нагрузке фазные токи одинаковы и сдвинуты по фазе на 120°. Векторная диаграмма для данного случая изображена на рис.4

Рис.4

НЕСИММЕТРИЧНАЯ НАГРУЗКА ФАЗ

Если в одну из фаз включить дополнительное сопротивление параллельно имеющемуся, то есть, увеличить количество ламп, то общее сопротивление этой фазы уменьшится, а ток возрастет.

Величины токов в двух других фазах остаются неизменными, так как их сопротивления и напряжения не изменились. Векторная диаграмма, представленная на рис.5, построена для случая увеличения нагрузки в фазе "АВ".

Рис.5                                       Рис.6

При увеличении сопротивления одной из фаз, например, фазы "ВС", до бесконечности, что соответствует обрыву данной фазы, ток в ней равен нулю, в двух других фазах токи не изменятся, так как сопротивления в них остались как и при симметричной нагрузке.

Векторная диаграмма для данного случая изображена на Рис.6.

Лампы, включенные в фазу "ВС", не горят. В двух других фазах накал ламп такой же, каким был при симметричной нагрузке.

В случае обрыва одного из линейных проводов (например, провода, по которым протекает ток Iа), цепь трехфазного тока (рис.7) можно представить в виде однофазной с двумя параллельно включенными ветвями (рис.8)

В этом случае лампы в фазе "ВС" остались под фазным напряжением.

Векторная диаграмма имеет вид рис.9. Эти фазы оказываются соединенными последовательно под напряжение фазы Uвс.

Следовательно, напряжение Uвс делится поровну между фазами "АВ" и "СА". Активная мощность трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей отдельных фаз:

Р = Рав + Рвс + Рса,

где: Рав = Uaв Iав cosjав

Pвс = Uвс Iвс cosjвс

Pса = Uса Iса cosjса

При симметричной нагрузке фаз Р = 3Рф = 3UфIфcosj.

А так как при соединении нагрузки треугольником

то есть, Р = Uл Iл cosjф.

Соответственно реактивная мощность Q = Uл Iл sinjф.

Полная мощность S = Uл Iл

Содержание ОТЧЕТА

1. Технические характеристики приборов и элементов, используемых в работе.

2. Схемы и таблицы.

3. Расчетные формулы и векторные диаграммы.

4. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какое соединение фаз генератора или нагрузки называется треугольником?

2. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при симметричной нагрузке фаз, соединенных треугольником?

3. Как определяются линейные токи?

4. Как определяется активная, реактивная и полная мощности трехфазной цепи при различных нагрузках?

5. Каковы будут напряжения на фазах приемников энергии, если перегорит предохранитель в одном из линейных проводов?

6. Построить векторные диаграммы для всех случаев симметричной и несимметричной нагрузок фаз.

Литература

3.                 Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.101 - 104.

4.                 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с.112 - 114.

Методические указания к лабораторной работе № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Цель работы: изучить устройство, принцип работы однофазного счетчика, научиться включать его в сеть и производить поверку.

Теоретические сведения

Электрическая энергия равна произведению мощности электрической цепи на время:

где Р - мощность, Вт;

t - время, с.

Единица измерения электрической энергии - Вт×с. На практике применяют более крупную единицу - кВт× ч:

1кВт×ч = 1000 ×3600 = 3600000 Дж (Вт×с).

Для учета электрической энергии в цепях однофазного тока используются электрические счетчики индукционной системы типа СО. Счетчик измеряет энергию, израсходованную потребителем за определенный промежуток времени:

где u - мгновенное значение напряжения питания приемников энергии, В,

i - мгновенное значение тока, протекающий в цепи потребителя, А

p - мгновенное значение мощности потребителя, Вт

t - время, с

Следовательно, электрический счетчик - это суммирующий прибор. Все электрические счетчики по роду измерений величины подразделяются на две группы:

счетчики активной энергии

счетчики реактивной энергии.

Для учета энергии трехфазных потребителей в четырехпроводной сети применяют трех - и четырехэлементные счетчики активной энергии (СА-3, СА-4) и реактивной энергии (СР-3, СР-4). В данной работе исследуется индукционный однофазный счетчик электрической энергии типа СО-2.

УСТРОЙСТВО СЧЕТЧИКА

(см. плакат и счетчик на стенде)

На стальных сердечниках сложной формы, набранных из тонких пластин электротехнической стали, установлены две обмотки (катушки) - токовая обмотка (1) и обмотка напряжения (2).

Токовая обмотка выполнена незначительным числом витков медного провода относительно большого сечения, соответствующего номинальному току счетчика. Она включается в сеть последовательно с нагрузкой.

Обмотка напряжения имеет 8-12 тыс. витков тонкой проволоки диаметром 0,8 или 0,12 мм и включается в сеть параллельно нагрузке.

Между сердечниками установлен алюминиевый диск 3, который укреплен на оси 6 и свободно вращается в подпятниках.

Постоянный магнит 4 необходим для создания тормозного момента. На оси 5 расположена червячная передача 7, которая приводит в движение счетный механизм Все элементы счетчика укреплены на пластмассовом основании и закрываются крышкой. В нижней части основания укреплены клеммы для включения счетчика в сеть.

На лицевой стороне счетчика под стеклом установлен паспорт, в котором указываются основные данные счетчика, например

тип - СО-2

класс точности - 2,5

передаточное число К - 1200 об/ кВт*час (или другое значение, см. счетчик)

напряжение - 220 В

номинальный ток - 5А

частота тока - 50 Гц

ГОСТ

заводской номер

год выпуска.

Принцип работы счетчика

При включении катушки напряжения в сеть по ней течет ток, который вызывает в сердечнике 1 магнитный поток Ф, разделенный на две части: Фр и ФL, где Фр - рабочий поток, который пронизывает алюминиевый диск и замыкается через противополюсную скобу; ФL - магнитный поток, замыкающийся через боковые стержни сердечника и непосредственного участия в создании вращающего момента счетчика не принимающий.

При включении потребителей по токовой катушке течет ток I. Этот ток создает магнитный поток ФI, который пересекает диск в двух местах. Это обеспечивается U - образной формой магнитопровода токовой катушки.

Магнитные потоки Фр и ФI, пронизывая диск, индуктируют в нем вихревые токи.

Взаимодействие переменных магнитных потоков Фр и ФI с индуктированными ими токами создает вращающий момент, действующий на диск 3. Величина этого вращающего момента определяется величиной напряжения, под которым находится катушка 2, величиной тока нагрузки I, протекающего по токовой катушке и коэффициентом мощности cos j цепи, в которую включен счетчик

где k - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, вращающий момент, действующий на диск счетчика, пропорционален активной мощности цепи, в которую он включен. Под действием этого вращающего момента диск вращается. Установившаяся скорость вращения диска наступает при равенстве вращающего и тормозного моментов:

МВр = МТ

Тормозной момент создается постоянным магнитом 4. Скорость вращения диска пропорциональна мощности потребителя. С осью диска связан вал счетного механизма. Число оборотов вала счетного механизма зависит от мощности, времени и передаточного числа счетного механизма К. Передаточное число счетчика - это число оборотов его диска, приходящегося на 1 кВт×ч.

К= N/W= N/P*t

Энергия, потребленная из сети за время, в течение которого диск сделал Nt оборотов, будет равна:

где Wt - энергия за время t, Вт×с (кВт×ч)

P - мощность потребителя, Вт (кВт)

t - время, за которое диск сделал n оборотов, с

Nt - число оборотов диска за время t

Методика поверки счетчика

Счетчик будет точно учитывать энергию при соблюдении многих условий, которые строго выполнить практически невозможно.

Для данного счетчика допускаются следующие погрешности в зависимости от величины тока при cos j = 1:

0,1Iн - ±3,5%

0,2Iн - ±2,5%

0,5Iн - ±2,5%

1,5Iн - ±2,5%

Для поверки счетчика необходимо:

Определить номинальную постоянную счетчика

           1   кВт*ч                1000*3600      Вт*с

CН = --- , ------ ;     Cн  = -------------,    ------   

          К    об                          К                  об

Величину К берут из паспортных данных счетчика.

Номинальная постоянная счетчика - это величина, обратная передаточному числу. Она определяет количество энергии в Вт×с, приходящееся на один оборот диска.

2. Определить действительную постоянную счетчика

где U - напряжение сети, В

I - ток потребителя, А

t - время, за которое диск сделает n оборотов

n - количество оборотов диска (принять равным 10).

3. Определить относительную погрешность счетчика

Если действительная постоянная больше номинальной, счетчик дает заниженные показания - недоучитывает энергию; если действительная постоянная меньше номинальной - счетчик дает завышенные показания.

Согласно ГОСТ 6570-70 счетчики электрической энергии выпускаются трех классов точности: 1; 2; 2,5. Цифра, обозначающая класс точности, указывает значение допустимой относительной погрешности счетчика при его номинальной нагрузке.

Определить чувствительность счетчика

где I min - минимальный ток, при котором диск начинает устойчиво вращаться.

По ГОСТ 6570-60 чувствительность не должна быть меньше 0,5 - 1,0% в зависимости от класса точности.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5