Эксперименты. Анализ основных соотношений в трехфазных цепях

Цель 1. Исследование амплитудно-фазовых соотношений для ЭДС в трехфазном генераторе. 2. Измерение линейных и фазных напряжений. 3. Исследование амплитудно-фазовых соотношений между напряжениями и токами в трехфазной цепи при различных соединениях фаз генератора и нагрузки: а) Соединение Y/Yo ("звезда - звезда с нулевым проводом"); б) Соединение Y/Y ("звезда - звезда"); в) Соединение Y/Д ("звезда - треугольник"). 4. Исследование несимметричных режимов работы в трехфазных нагрузках. 5. Измерение мощностей в трехфазных цепях

Краткие сведения из теории 1. Трехфазная система ЭДС.

а) - Y/Yo - звезда - звезда с нулевым проводом, б) -Y/Y - звезда - звезда, в - звезда - треугольник, г) — треугольник - звезда -

3. Типы трехфазных нагрузок. При симметричной нагрузке равны комплексы сопротивлений:

При равномерной нагрузке равны модули сопротивлений:

При несимметричной нагрузке комплексы сопротивлений нагрузок во всех фазах различны. 4. Соотношения для схемы "звезда — звезда" с нулевым проводом (Zo = О) При любой нагрузке

При симметричной нагрузке Модули фазных токов одинаковы:

где zф - модуль сопротивления в фазе нагрузки. Ток в нейтрали отсутствует:

5. Соотношения для схемы "звезда — звезда" без нулевого провода При любой нагрузке

где RA, RB RC - активные сопротивления фаз нагрузки; ХА, Хв, Хс - реактивные сопротивления. При симметричной нагрузке Процессы в схеме полностью аналогичны процессам в схеме Y - Yo при симметричной нагрузке 5. Соотношения для схемы "звезда — треугольник". При любой нагрузке

6. Мощности в трехфазной цепи. При любой нагрузке Активная мощность: Р=РА+ Рв+ Рс. (6. 17) Реактивная мощность: Q=QA+ Qв+ Qc. (6. 18) Полная мощность равна модулю комплексной мощности:

где фн - угол сдвига фаз между током и напряжением.

7. Измерение мощности в трехфазных цепях: Схема трех ваттметров

При симметричной нагрузке Сумма и разность показании ваттметров равны соответственно

Эксперимент 1. Соотношения напряжений в трехфазном генераторе. Откройте файл с6_ 01 (рис. 6. 5). Определите комплексы всех фазных и линейных напряжений трехфазного генератора с помощью Боде-плоттера и постройте векторную топографическую диаграмму напряжений.

На рис. 6. 5 приведена схема для измерения комплекса линейного напряжения UAB с помощью осциллографа и Боде-плоттера,

Эксперимент 2. Измерение тока нейтрали в схеме Y/Yo при симметричной нагрузке. Откройте файл с6_02 (рис. 6. 6). В верхней схеме рис. 6. 6 рассчитайте сопротивления резисторов и емкостей конденсаторов в каждой фазе при частоте сети 50 Гц и фазном напряжении 220 В таким образом, чтобы ток равнялся 1 А при cosф = I/ 2 . Рассчитайте действующее значение тока нейтрали Iо по формуле (6. 5). Постройте векторную диаграмму токов. Установите значения сопротивлений и емкостей и проверьте правильность расчета с помощью Electronics Workbench.

Эксперимент 3. Измерение тока нейтрали в схеме Y/Yo при несимметричной нагрузке. В фазах В и С на нижней схеме рис. 6. 6 для элементов выставьте такие же параметры, как в верхней схеме. Рассчитайте значения резистора и конденсатора в фазе А таким образом, чтобы ток в ветви А равнялся 2 А при cosф = 1/. 2 . Рассчитайте действующее значение тока нейтрали Iо по формуле (6. 5). Постройте векторную диаграмму токов. Установите рассчитанные значения параметров элементов в фазе А нижней схемы рис. 6. 6 и проверьте правильность расчета с помощью Electronics Workbench.

Эксперимент 4. Измерение напряжения смещения нейтрали в схеме Y/Y при симметричной нагрузке. Не изменяя значений номиналов элементов, установленных в эксперименте 2, разомкните провод, соединяющий нейтрали источников и нагрузок в верхней схеме рис. 6. 6. Рассчитайте модуль и фазу действующего значения напряжения смещения нейтрали по формуле (6. 9) и постройте топографическую векторную диаграмму напряжений. Экспериментально проверьте правильность расчета. Эксперимент 5. Измерение напряжения смещения нейтрали в схеме Y/Y при несимметричной нагрузке. Не изменяя значений номиналов элементов, установленных в эксперименте 3, разомкните провод, соединяющий нейтрали источников и нагрузок в нижней схеме рис. 6. 6. Рассчитайте модуль и фазу действующего значения напряжения смещения нейтрали по формуле (6. 9), модули напряжений на фазах нагрузки по формуле (6. 10) и модули фазных токов по формуле (6. 11). Подключите в цепь необходимые вольтметры, амперметры и Боде-плоттер и проверьте экспериментально правильность расчета.

Эксперимент 6. Исследование схемы для определения порядка чередования фаз. а) Смещение нейтрали в схеме для определения порядка чередования фаз. Откройте файл с6_03 (рис. 6. 7). Рассчитайте при частоте 50 Гц величину емкости так, чтобы емкостное сопротивление составляло 100 Ом и рассчитайте напряжение смещения нейтрали по формуле (6. 9), модули напряжений на фазах нагрузки по формуле (6. 10) и модули фазных токов по формуле (6. 11). Постройте топографическую диаграмму и определите напряжение на резисторах, подключенных к фазам В и С. б) Проверка чередования фаз с помощью пробника. Откройте файл с6_04 (рис. 6. 8), в котором резисторы схемы рис. 6. 7 заменены лампами накаливания. Лампа начинает светиться при напряжении, равном половине номинального, и перегорает при мощности, превышающей номинальную. Установите следующие значения параметров лампы: мощ-

ность - 25 Вт, напряжение -Uво мах. Рассчитайте сопротивление лампы по формуле Rл=Uл2/P и пересчитайте емкость из условия Хс = Rл- Установите в схеме наиденное значение С. С помощью полученного "пробника" определите, в каких источниках из star1... star5 неправильно размечены фазы.

Эксперимент 7. Определение смещения нейтрали при обрыве или коротком замыкании фазы. Откройте файл с6_05 (рис. 6. 9). Рассчитайте напряжение смещения для случаев обрыва фазы и короткого замыкания нагрузки в фазе, постройте векторные диаграммы для определения положения нейтрали. До обрыва или замыкания нагрузка была симметричной. Эксперимент 8. Измерение фазных и линейных токов в схеме при симметричной нагрузке. Откройте файл с6_06 (рис. 6. 10). Рассчитайте значения сопротивлений и нагрузки в каждой ветви при частоте сети 50 Гц и фазном напряжении 220 В. Ток равняется 1 А при cosф= 0. 5. Включите амперметры в линии и в фазы нагрузки, по их показаниям проверьте правильность расчетов. Проверьте выполнение соотношения (6. 16) между фазными и линейными токами для соединения. Нарисуйте векторные диаграммы токов и напряжений. Эксперимент 9. Измерение фазных и линейных токов в схеме при несимметричной нагрузке. Увеличьте вдвое активное и реактивное сопротивления в ветви АВ схемы на рис. 6. 10. Рассчитайте значения фазного и линейных токов. Включите цепь и по показаниям амперметров фазных токов проверьте правильность расчетов. Измерьте линейные токи и проверьте выполнение соотношения (6. 13) между фазными и линейными токами для несимметричной нагрузки. Нарисуйте векторные диаграммы токов и напряжений.

Эксперимент 10. Измерение мощностей в схеме Y/Yo. Откройте файл с6_07 (рис. 6. 11). Рассчитайте значения сопротивлений и индуктивностей в каждой ветви при частоте сети 50 Гц и фазном напряжении 220 В. Ток равняется 1 А при cosф = 0. 5.

Рассчитайте мощность, потребляемую системой нагрузок при вычисленных значениях параметров. Включите схему и проверьте расчет. Эксперимент 11. Измерение мощностей по схеме Арона. Откройте файл с6_08 (рис. 6. 12). Рассчитайте реактивную мощность каждой фазы при значениях параметров, полученных в эксперименте 10. Установите в схеме вычисленные в эксперименте 10 значения параметров нагрузки. Включите схему и по показаниям ваттметров в схеме Арона вычислите активную и реактивную мощности системы источников.

Результаты экспериментов Эксперимент 1. Соотношения напряжений в трехфазном генераторе.

Эксперимент 2. Измерение тока нейтрали в схеме Y/Yо при симметричной нагрузке.

Топографическая векторная диаграмма к эксперименту 2

Топографическая векторная диаграмма к эксперименту 3

Эксперимент 3. Измерение тока нейтрали в схеме Y/Yo при несимметричной нагрузке.

Эксперимент 4. Измерение напряжения смещения нейтрали в схеме Y/Y при симметричной нагрузке.

Эксперимент 5. Измерение напряжения смещения нейтрали в схеме Y/Y при несимметричной нагрузке.

Эксперимент 6. Смещение нейтрали в схеме для определения порядка чередования фаз а) Смещение нейтрали в схеме для определения порядка чередования фаз. Комплекс напряжения смещения нейтрали

б) Проверка чередования фаз с помощью пробника. Правильно размеченные фазы в источнике Star Топографическая векторная диаграмма

Эксперимент 7. Смещение нейтрали при обрыве или коротком замыкании фазы А. Комплекс напряжения смещения нейтрали при обрыве фазы А.

Комплекс смещения нейтрали при замыкании фазы А

Эксперимент 8. Измерение фазных и линейных токов в схеме Y/A при симметричной нагрузке.

Эксперимент 9. Измерение фазных и линейных токов в схеме Y/A при несимметричной нагрузке.

Эксперимент 10. Измерение мощностей в схеме Y/Yo.

Эксперимент 11. Измерение мощностей по схеме Арона при соединении .

Расчет активной мощности по результатам измерений

1. Что такое трехфазная система ЭДС и какие схемы соединения источников ЭДС с потребителями применяются в электротехнике? Укажите достоинства и недостатки различных схем соединения.

2. Какая нагрузка называется симметричной, равномерной, однородной?

3. Укажите соотношение между фазными и линейными напряжениями и токами в различных схемах.

4. Как изменяются при симметричной нагрузке мгновенные мощности в каждой фазе и суммарная мгновенная мощность?

5. Что понимается под "смещением нейтрали"? В каких случаях оно возникает и как определяется аналитически и экспериментально?

6. Что понимается под активной, реактивной и полной мощностью трехфазной системы? Приведите расчетные формулы.

7. Нарисуйте схему Арона для измерения мощностей в трехфазной системе. С помощью векторной диаграммы для симметричной активно-реактивной нагрузки покажите способ вычисления активной и реактивной мощностей. В чем заключается универсальность метода?

8. Можно ли с помощью ваттметра определить реактивную мощность трехфазной симметричной системы? Нарисуйте схему, в которой это возможно.

9. Как изменится мощность, потребляемая симметричной нагрузкой при переключении ее со звезды на треугольник?

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:

1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")

2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.

3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.

4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Величина	Модуль	Угол
UA
UB
Uc
UAB
UBC
UCA