Labor 8

DREIPHASIGE KREISE.

STERNLASTANSCHLUSS

Zweck der Arbeit: Untersuchung eines dreiphasigen Stromkreises bei der Verbindung des Empfängers mit einem Stern im symmetrischen und asymmetrischen Modus. Bestimmen Sie die Rolle des Neutralleiters (Nullleiter).

GRUNDLEGENDES KONZEPT

Ein dreiphasiges Wechselstromsystem besteht aus drei einphasigen Stromkreisen, in denen sinusförmige EMFs derselben Frequenz arbeiten, die um 1/3 einer Periode phasenverschoben sind und von einer gemeinsamen Quelle erzeugt werden elektrische Energie. Das Dreiphasensystem wurde 1891 vom talentierten russischen Ingenieur Dobrovolsky erfunden und bis ins Detail weiterentwickelt.

Die Energiequelle in einem Drehstromsystem ist ein Drehstromgenerator. In den Nuten seines Stators befinden sich drei elektrisch isolierte Wicklungen (Phasenwicklungen oder einfach Phasen) des Generators. Wenn der Rotor des Generators bipolar ist, sind die Achsen der Phasenwicklungen des Generators im Raum relativ zueinander um einen Winkel von 2p/3 gedreht. Wenn sich der Rotor dreht, werden in den Phasenwicklungen des Stators sinusförmige Phasen-EMKs induziert. Aufgrund der Symmetrie des Generatordesigns sind die maximalen Em- und effektiven E-Werte der EMK in allen Phasen gleich.

Die Phasen (Wicklungen) des Generators können in Stern- oder Dreieckschaltung angeschlossen werden. Die Phasen eines Drehstromgenerators werden üblicherweise durch die ersten Buchstaben des lateinischen Alphabets bezeichnet: A, B, C. Der Wechsel der Generatorphasen ist streng definiert und wird durch die zeitliche Änderung der Phasen-EMF bestimmt, d.h. in die Reihenfolge der EMF-Maxima: zuerst Phase A, dann nach 1/3T von Phase B und über 2/3T von Phase C. Diese Wechselfolge wird direkt genannt.

Sofortige EMF-Werte Dreiphasenwicklungen Generator sind gleich:

eA=Emsinwt eB=Emsin(wt-2/3p) eC=Emsin(wt-4/3p) (1)

Abbildung 8.1 zeigt Diagramme der Momentanwerte der Phasen-EMF und drei ihnen entsprechende Vektoren effektive Werte EMF.

Wie aus Abb. 8.1 ist die Summe der Momentanwerte der EMK zu jedem Zeitpunkt Null, daher ist auch die geometrische Summe der Effektivwerte der Phasen-EMK des Generators Null:

E.A.+E.B.+E.C.=0

Gemäß Abb. 8.1 drücken wir dann die komplexen Werte der EMK eines Drehstromgenerators durch den gleichen Effektivwert E für alle drei Phasen aus

E.A.=E∙ej0

EB=E e-j2/3p (3)

E.C.=E e2/3p

Um ein dreiphasiges System zu erhalten, ist es außerdem erforderlich, die Empfängerphasen auf eine bestimmte Weise zu verbinden, normalerweise in einer Stern- oder Dreieckschaltung.

Momentan Dreiphasensystem ist von grundlegender Bedeutung für die Übertragung und Verteilung von Energie.

Die Phasenwicklungen eines Drehstromgenerators können sternförmig an drei Empfänger angeschlossen werden. Ein „Stern“ ist eine Verbindung, bei der die Enden der Phasen mit einem gemeinsamen Punkt N verbunden sind, der Neutralleiter oder Null genannt wird, und lineare Drähte mit den Anfängen der Phasen A, B, C verbunden sind. Die Lastphasen sind ebenfalls zu einem „Stern“ mit dem Nullpunkt n und den Phasenanfängen a, b, c verbunden (Abb. 8.2).

Drahtverbindung Punkte N-n, heißt neutral oder Null. Drähte verbinden Punkte A-a, B-v und S-s heißen linear.

Wenn wir den Widerstand aller Drähte gleich Null nehmen, können wir die Ströme der drei Phasen des Empfängers und des Generators bestimmen:

ICH A= E A/ZA ; ICH B= E B/ZB ; ICH C= E C/ZC. (4)

Strömungen ICH A, ICH B, ICH C, das durch lineare Drähte fließt, wird aufgerufen

linear (IL). Ströme, die in den Generatorphasen und in den Lastphasen fließen, werden Phasenströme (Iph) genannt. Für Sternschaltung Leitungsströme gleich den Phaseneinsen, das heißt

ICHL=ICH f (5)

Der Strom in einem Neutralleiter ist nach dem ersten Kirchhoffschen Gesetz gleich:

ICH N= ICH A+ ICH B+ ICH C (6)

Empfänger mit gleichem Widerstand aller drei Phasen Za=Zum Beispiel=Zc heißen symmetrisch. Mit einem symmetrischen Empfänger ICH A= ICH B= ICH C und Neutralstrom IN=0

Die Spannung zwischen Anfang und Ende einer Generatorphase (oder Lastphase) oder die Spannung zwischen Leitung und Neutralleiter wird Phasenspannung genannt. Für den Generator und die Netzleitung werden die Phasenspannungen (es gibt drei davon) wie folgt bezeichnet: UA, UB, UC oder Uph. Phasenlastspannungen werden wie folgt bezeichnet: Ua, Ub, Uc.

Die Spannungen zwischen den beiden Anfängen der Generatorphasen (oder zwei Anfängen der Lastphasen) oder zwischen zwei linearen Drähten werden als linear bezeichnet und für den Generator und die Stromleitung bezeichnet: UAB, UBC, UCA oder Ul für die Last Uab, Ubc, Uca.

Betrachtet man wiederum die Konturen abn, bcn, can (Abb. 8.2), sind nach dem zweiten Kirchhoffschen Gesetz die linearen Spannungen gleich:

U AB = U A- U B

U BC = U B- U C (7)

U CA= U C- U A

Mit dieser Beziehung erstellen wir ein Vektordiagramm (Abb. 8.3a) der Spannungen für eine symmetrische Last.

Aus Abb. 8.3a wird deutlich, dass der „Stern“ Netzspannungen eilt dem „Stern“ der Phasenspannungen um 30° voraus. Von hier aus Dnkb:

UBC/2UB=30° UBC=Ö3*UB, also Ul=Ö3*UФ (8)

Wenn vorhanden Neutralleiter Bedingung (8) ist sowohl für symmetrische als auch für asymmetrische Empfänger erfüllt. Abbildung 8.3b zeigt ein Vektordiagramm der Phasenspannungen und ein topografisches Diagramm der Leitungsspannungen.

Phasenleistungsfaktoren sind:

cos φа=Ra/Za; cos φв=Rb/Zb; cos φс=Rc/Zc (9)

wobei φа, φв, φс die Phasenverschiebungswinkel zwischen Phasenspannungen und Phasenströmen sind.

Bei symmetrischer Belastung:

ICH a= ICH b= ICH c=Iф=UФ/Zф (10)

cos φа= cos φв= cos φс=Rф/Zф

Der Strom im Neutralleiter beträgt IN=0, daher für den Anschluss dreiphasiger symmetrischer Anlagen (Heizöfen, Trocknungsanlagen, Elektromotoren und andere symmetrische Anlagen) wird eine Dreileiterschaltung verwendet. Für eine Beleuchtungslast ist das Vorhandensein eines Neutralleiters zwingend erforderlich, da die Asymmetrie fast immer bestehen bleibt. Es ist verboten, in einem vieradrigen Beleuchtungsnetz Sicherungen oder Schalter im Neutralleiter zu installieren, da bei Trennung des Neutralleiters die Phasenspannungen ungleich werden können. In einigen Phasen ist die Spannung größer als die Nennspannung, in anderen ist sie niedriger als die Nennspannung. In beiden Fällen kann es zu einem Ausfall des Empfängers kommen. In diesem Fall wird der Schutzerdungskreis unterbrochen.

Das Vektordiagramm der Spannungen und Ströme für eine symmetrische aktiv-induktive Last ist in Abb. 8.4 dargestellt

http://pandia.ru/text/78/082/images/image007_97.gif" height="22">.gif" width="229">.gif" height="135">

http://pandia.ru/text/78/082/images/image039_17.gif" width="13" height="18">.gif" width="115" height="191"> Ic Ib

http://pandia.ru/text/78/082/images/image046_12.gif" width="10" height="13"> Ua

Ia Uc=Uca Ub=Uab

http://pandia.ru/text/78/082/images/image050_10.gif" width="116" height="59"> Ic I b

http://pandia.ru/text/78/082/images/image052_10.gif" width="11" height="20"> Uc Ubc Ub

Reis. 8.5 Abb. 8.6

http://pandia.ru/text/78/082/images/image058_10.gif" width="117" height="59"> n

http://pandia.ru/text/78/082/images/image061_9.gif" width="11" height="14"> Ic Ib

http://pandia.ru/text/78/082/images/image068_9.gif" width="228"> Uc n1 Ub Ubc

Die Wirkleistung einer Phase, wenn die Last über einen Stern angeschlossen ist, zum Beispiel Phase a, ist gleich:

Die Wirk- und Blindleistungen von Drehstromkreisempfängern mit asymmetrischer Belastung betragen:

http://pandia.ru/text/78/082/images/image070_9.gif" width="83" height="35">

Bei symmetrischer Belastung sind die Gesamt-, Wirk- und Blindleistungen der Drehstromkreisempfänger jeweils gleich:

S = Ö3*UL*IЛ; P=Ö3*UL *IЛ *cosφФ; Q=Ö3*UL *IЛ *sinφФ

Oder S=3SF = 3UФ*IF; P=3PФ=3UФ *IF *cosφФ; Q=Ö3*UL *IЛ *sinφФ

EXPERIMENTELLE METHODE.

Messungen laufen elektrische Größen mit Hilfe durchgeführt

direkte Beurteilungsgeräte. Die Stände sind mit Amperemetern für den Einbau in jede Phase ausgestattet. Um den Strom im Neutralleiter zu messen, sind auf den Ständern separate Instrumente installiert. Abbildung 8.8 zeigt Schaltplan Labor arbeit.

Die Klemmen A, B, C und N werden von einem dreiphasigen Abwärtstransformator in Stern-/Sternschaltung mit 380/36 V Sternpunkt mit 36 ​​V versorgt.

Die Geräte A1..A7 und V messen lineare und phasenförmige Ströme und Spannungen. Die Last des Drehstromkreises besteht aus Glühlampen mit Un=36 V, Рnom=40 W, eingeschaltet durch Kippschalter SA1-SA3.

4. Berühren Sie Glühlampen während oder nach dem Betrieb nicht.

5. Lassen Sie einen Arbeitsstand nicht unbeaufsichtigt.

VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ARBEIT

Geräte und Zubehör.

Das Abschalten des Standes erfolgt über den QS-Paketschalter, Abb. 8.8.

Zweck der Geräte:

A4 – Amperemeter zur Messung des Stroms im Neutralleiter;

A5, A6, A7 – Amperemeter zur Strommessung in den Phasen a, b, c;

V – Voltmeter zur Messung der linearen und Phasenspannungen des Stromkreises;

1. Machen Sie sich mit dem Labortisch vertraut. Finden Sie den Netzschalter und die Kippschalter für zusätzliche Lasten.

2. Erstellen Sie ein Diagramm zum Anschluss einer Sternlast an einen Neutralleiter. Auf dem Stand werden Installationspläne des Experiments gezeigt. Zeigen Sie das zusammengestellte Diagramm Ihrem Lehrer oder Laborassistenten zur Überprüfung.

3. Notieren Sie die technischen Daten der verwendeten Geräte. Schalten Sie den Ständer aus und installieren Sie eine symmetrische Phasenlast. Die Kippschalter SA1, SA2, SA3 müssen deaktiviert sein, der Kippschalter SA4 muss im Grundzustand eingeschaltet sein.

Stellen Sie anhand der Amperemeterwerte in den Phasen sicher, dass die Ströme in den Phasen gleich sind und dass im Neutralleiter kein Strom fließt. Messen Sie Phasen- und Netzspannungen. Schreiben Sie die Daten in die Tabelle. 8.1

Tabelle 8.1

Untersuchen Sie die Last in einer Vierleiterschaltung im unsymmetrischen Modus, indem Sie die folgenden Experimente durchführen:

das Gleiche in zwei Phasen;

Ausfall einer der Phasen.

Untersuchen Sie einen Dreileiterstromkreis, also ohne Neutralleiter. Schalten Sie dazu aus Leistungsschalter QF4 im Umlauf Neutralleiter und mache folgende Experimente:

Erhöhen (verringern) Sie die Last in einer der Phasen (z. B. „a“);

das Gleiche in zwei Phasen;

Kurzschluss einer der Phasen.

Gemäß den Angaben in der Tabelle. 8.1 für alle Experimente, konstruieren Vektordiagramme Ströme und Spannungen. Ziehen Sie Rückschlüsse auf die Arbeit

entsprechend der in angegebenen Form Labor arbeit Nr. 10 der Gegenwart

Anleitungen.

Bei der Arbeit handelt es sich um direkte, einmalige Messungen, deren Genauigkeit anhand der Genauigkeitsklasse des Messteils (UФ, UL, UNn, IФ, IL, IN) beurteilt wird. Wir drücken das Messergebnis in zwei Zahlen aus, zum Beispiel: I = 4,00 ± 0,05 A, wobei 4,00 A der Wert des Messwerts ist, 0,05 A der absolute Messfehler. Die Genauigkeit der Mindestwerte UNn, INn wird anhand der relativen Fehlerformel beurteilt:

d = ± K(XN/x) ;

wobei K die Genauigkeitsklasse des Geräts ist;

ХN – Normalisierungswerte der gemessenen Größe (obere Grenze der Instrumentenskala);

x – Wert der gemessenen Größe.

Tragen Sie die Messergebnisse in die Tabelle ein. 8.2.

Tabelle 8.2.

Zeichnung elektrische Diagramme hergestellt nach GOST.

Vektor- und topografische Diagramme werden maßstabsgetreu erstellt.

FRAGEN ZUM SELBSTTEST.

1. Was ist der Zweck der Arbeit und wie ist die Reihenfolge ihrer Umsetzung?

3. Schreiben Sie Formeln zum Verbinden linearer Ströme und Spannungen mit ihren Phasenwerten für eine symmetrische Last bei Anschluss an einen „Stern“. Wie werden die Werte von cos φa, cos φb, cos φc, PF, PA, PB, PC, P, Q, S bestimmt?

4. Erklären Sie das Verfahren zum Erstellen eines Vektordiagramms von Spannungen und Strömen für eine aktive Last.

5. Wozu dient der Neutralleiter? In welchen Fällen fließt Strom durch den Neutralleiter und wie wird er bestimmt?

6. Zeichnen Sie einen Sternlast-Anschlussplan und schalten Sie Instrumente zur Messung von Phasen- und Leitungsströmen sowie des Stroms im Neutralleiter ein.

7. Warum wird niemals eine Sicherung in den Neutralleiter eingesetzt?

8. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme, wenn die Belastung einer der Phasen eines Vierleiterstromkreises zunimmt.

9. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme bei steigender Last in zwei Phasen eines Vierleiterstromkreises.

10. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme, wenn einer der linearen Drähte in einem Vierleiterstromkreis unterbrochen wird.

Literatur

1. Kasatkin: Lehrbuch für Universitäten /, M.V. Nemzow. M.: Verlagszentrum „Akademie“, 20 S.

Labor 9

DREIPHASIGE KREISE.

DREIECK-LASTANSCHLUSS

Zweck der Arbeit: Untersuchung eines dreiphasigen Stromkreises beim Anschluss des Empfängers an ein Dreieck im symmetrischen und asymmetrischen Modus.

GRUNDLEGENDES KONZEPT.

Eine Phasenverbindung im Dreieck ist eine Verbindung, bei der der Anfang einer Phase mit dem Ende der zweiten Phase verbunden ist, der Anfang der zweiten Phase mit dem Ende der dritten Phase verbunden ist und der Anfang der dritten Phase mit dem Ende der dritten Phase verbunden ist mit dem Ende der ersten Phase verbunden. ZU Gemeinsame Punkte Verbindungen der Anfänge und Enden sind durch lineare Drähte verbunden. Zwei Möglichkeiten zur grafischen Darstellung einer Dreiecksverbindung sind in Abb. dargestellt. 9.1a und 9.1b.

http://pandia.ru/text/78/082/images/image076_8.gif" width="486" height="229 src=">

Das Diagramm zeigt, dass bei einem Widerstand der linearen Drähte von 0 die Phasenspannungen des Empfängers gleich den entsprechenden linearen Spannungen des Generators sind, d. h. UФ = UЛ. Die Phasenspannung mit Dreieck ist 1,73-mal größer als die Phasenspannung mit Stern.

Die akzeptierten bedingten positiven Richtungen linearer Spannungen (Abb. 9.1) entsprechen den bedingten positiven Richtungen von Strömen; die Ströme in den Phasen sind gleich:

Iab=U ab/ Z ab; ICH bc= U v. Chr./ Z v. Chr.; ICH ac= U ac/ Z Wechselstrom (1)

Für die Knoten a, b, c (Abb. 1) sind die linearen Ströme nach dem ersten Kirchhoffschen Gesetz gleich:

ICH A= ICH ab- ICH ca;

ICH B= ICH bc-Iab ; (2)

ICH C= ICH ca- ICH v. Chr.;

Für symmetrische Belastung Z ab= Z bc= Z ca Phasenströme ICH ab= ICH bc= ICH AC haben den gleichen Winkel φ zu den Phasenspannungen.

Abbildung 9.3 zeigt Vektordiagramme von Spannungen und Strömen bei symmetrischer Last, Dreieckschaltung (Phasenlast aktiv - induktiv).

http://pandia.ru/text/78/082/images/image080_7.gif" height="17 src=">

Aus dem Diagramm folgt, dass bei symmetrischer Last das Verhältnis zwischen Phasen- und Linearströmen gleich ist:

Ströme werden für eine Phase berechnet:

IФ=UФ/ZФ und IЛ=Ö3*IF

Bei einer unsymmetrischen Belastung, beispielsweise einem Lastanstieg in der Phase ab (Zab Ibc=Ica. Abbildung 9.4 zeigt ein Vektordiagramm dieses Falles.

Wenn der Widerstand der Phase „bc“ auf Unendlich ansteigt, was der Unterbrechung dieser Phase entspricht, ist der Strom darin Ibc = 0 und die Gleichungen (2) werden in der Form geschrieben:

ICH A= ICH ab- ICH ca;

ICH B=- ICH ab; (3)

ICH C= ICH ca;

Das Vektordiagramm für diesen Fall ist in Abb. 9.5 dargestellt

Im Falle eines Bruchs in einem der linearen Drähte (z. B. Draht A) wird der Stromkreis einphasig, wobei zwei parallele Zweige unter Spannung stehen U v. Chr.

Als Z ab= Z bc= Z ca, dann ICH ca= ICH ab=0,5 ICH v. Chr.; ICH b= ICH v. Chr.+ ICH ab; ICH c= - ICH B.

Das Vektordiagramm für einen unterbrochenen Phasendraht ist in Abb. 9.6 dargestellt

http://pandia.ru/text/78/082/images/image089_5.gif" width="87" height="13 src="> Ibc

http://pandia.ru/text/78/082/images/image093_5.gif" width="85" height="35">

Bei symmetrischer Belastung sind Wirk- und Blindleistung der Drehstromkreisempfänger gleich:

P=3Pф=3Uф*Iф*cosφФ

Q=3Qф=3Uф*Iф*sinφФ

P=Ö3UL* ICHL*cos φФ

Q=Ö3UL*IЛ*sin φФ

Gesamtleistung eines Drehstromkreises bei symmetrischer Belastung:

S=3SF oder S=Ö3*UL*IЛ

Gesamtleistung eines Drehstromkreises mit asymmetrischer Belastung:

EXPERIMENTELLE METHODE.

Eine Beschreibung der Standbedienung finden Sie in diesem Abschnitt der vorherigen Arbeit (Nr. 8)

Ein Phasenverlust wird durch Trennen des Empfängers an Punkt a, b oder c erreicht. Die Spannung wird mit einem Voltmeter V gemessen.

ANFORDERUNGEN AN DIE ARBEITSSICHERHEIT.

Siehe den entsprechenden Abschnitt der Laborarbeit (Nr. 8)

VERFAHREN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ARBEIT.

Geräte und Zubehör:

Die Beschreibung des Standbetriebs ist in der vorherigen Laborarbeit (Nr. 8) enthalten.

Zweck der Geräte:

A1, A2, A3 – Amperemeter zur Messung von Leitungsströmen;

A4, A5, A6 – Amperemeter zur Messung von Phasenströmen;

V – Voltmeter zur Messung von Phasen- und Netzspannungen;

1. Machen Sie sich mit dem Labortisch vertraut, finden Sie den Netzschalter und die Kippschalter zum Ein- und Ausschalten zusätzlicher Lasten

2. Setzen Sie den Lastanschlussplan zu einem Dreieck zusammen. Das Installationsdiagramm ist auf dem Stand abgebildet. Zeigen Sie das Diagramm Ihrem Lehrer oder Laborassistenten zur Überprüfung.

3. Notieren Sie die technischen Daten der verwendeten Geräte.

4. Schalten Sie den Ständer ein und stellen Sie die symmetrische Belastung der Phasen ein. Die Kippschalter SA1, SA2, SA3 müssen nach Anweisung des Lehrers ein- oder ausgeschaltet werden. Der Kippschalter SA4 muss im Grundzustand eingeschaltet sein.

Stellen Sie anhand der Amperemeterwerte sicher, dass die Ströme in den Phasen und linearen Drähten gleich sind. Tragen Sie die Messdaten der Ströme und Spannungen aller Versuche in die Tabelle ein. 9.1. Geben Sie in der Spalte „Lastmodus“ den Lastmodus an (symmetrisch oder asymmetrisch).

5. Führen Sie die folgenden Experimente unter unausgeglichener Belastung durch:

Lastanstieg in einer der Phasen

Lastanstieg in zwei Phasen

Phasendraht gebrochen

Leitungsdrahtbruch

Tabelle 9.1

VERARBEITUNG EXPERIMENTELLER ERGEBNISSE.

In dieser Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse entsprechend dem entsprechenden Abschnitt der vorherigen Arbeit verarbeitet. Ziehen Sie Schlussfolgerungen zur Arbeit gemäß der in Laborarbeit Nr. 10 dieses Handbuchs angegebenen Form.

FRAGEN ZUM SELBSTTEST.

1. Was sind die Ziele der Arbeit und die Reihenfolge ihrer Umsetzung? Begründen Sie Ihre Antwort anhand des Laborarbeitsdiagramms.

2. Zeichnen Sie ein Diagramm des Experiments einschließlich aller Instrumente. Geben Sie den Zweck aller Geräte an.

3. Schreiben Sie eine Formel zum Verbinden linearer Ströme und Spannungen mit ihren Phasenwerten für symmetrische und asymmetrische Lasten beim Anschluss der Last in ein Dreieck. Wie werden Phasenleistungen und die Leistungen des gesamten Drehstromkreises ermittelt?

4. Wie wird ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme für eine aktive Last erstellt?

5. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme bei zunehmender Last in einer der Phasen.

6. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme bei zunehmender Last in zwei Phasen.

7. Zeichnen Sie ein Vektordiagramm der Spannungen und Ströme, wenn ein Phasendraht bricht.

8. Wie oft ändern sich Phasen- und Linearströme und -spannungen, wenn eine symmetrische Last von „Stern“ auf „Dreieck“ umgeschaltet wird? Erklären Sie die Antwort am Beispiel von Daten, die aus der Untersuchung einer zu einem „Stern“ verbundenen Last gemäß früherer Laborarbeiten gewonnen wurden.

9. Wie oft ändert sich die Leistung, wenn der Lastkreis von „Stern“ auf „Dreieck“ umgeschaltet wird? Erklären Sie die Antwort am Beispiel von Daten, die in früheren Laborarbeiten während gewonnen wurden

symmetrische Belastung.

10. Erstellen Sie ein Vektordiagramm der Ströme und Spannungen, wenn ein Leitungsdraht bricht.

Literatur

1. , Nemzow. Lehrbuch für Universitäten. - M.: Vyssh. Schule, 2000. – 542 S.

Zeit für Laborarbeiten.

Laborarbeit Nr. 10

UNTERSUCHUNG EINES DREIPHASIGEN KREISES BEI VERBINDUNG DER EMPFÄNGERPHASEN MIT EINEM STERN UND EINEM DELTA

Zweck der Arbeit: Studieren der Schaltung Drehstrom Beim Anschluss der Phasen des Empfängers zunächst nach der „Stern“-Schaltung, dann nach der „Dreieck“-Schaltung im symmetrischen und asymmetrischen Modus.

Grundlegendes Konzept.

Siehe die entsprechenden Abschnitte der Laborarbeiten Nr. 8 und Nr. 9.

Experimentelle Technik.

Die Laborarbeiten werden an einem Stativ durchgeführt, dessen Beschreibung auf Seite 9 dieses Handbuchs aufgeführt ist. Um die Arbeit abzuschließen, bildet der Lehrer in der Lerngruppe eine gerade Anzahl von Teams (2,4 oder 6). In diesem Fall führen die Teams mit ungeraden Nummern zuerst die Arbeit Nr. 8 und die Teams mit geraden Nummern - Nr. 9 - aus. Dann tauschen die Teams die Plätze und führen auf den versammelten Ständen die Arbeit entsprechend aus: Teams mit ungeraden Nummern - Nr . 9, gerade - Nr. 8. Das Verfahren zur Durchführung von Experimenten in der Laborarbeit Nr. 10 ist das gleiche wie in den Laborarbeiten Nr. 8 und Nr. 9, jedoch nach einem abgekürzten Schema. Es werden 3 Drehstromschaltungen untersucht: 1. Vierleiterschaltung mit Sternschaltung der Lastphasen; 2. Dreileiterschaltung bei Sternschaltung der Lastphasen. 3. Dreileiterschaltung beim Anschluss der Lastphasen im Dreieck. Für jeden Stromkreis gibt es zwei Lastmodi: a) symmetrisch; b) asymmetrisch (zum Beispiel eine Erhöhung der Last in einer der Phasen). Somit werden 6 Experimente durchgeführt. Die Arbeitsschutzanforderungen sind die gleichen wie im entsprechenden Abschnitt der Laborarbeit Nr. 8.

Arbeitsauftrag:

1. Machen Sie sich mit dem Labortisch vertraut. Finden Sie den Netzschalter, Kippschalter zum Einschalten zusätzlicher Lasten (Glühlampen) SA1....SA3, die ausgeschaltet werden müssen, Ausschalter

Phase SA4, die eingeschaltet werden muss. Amperemeter A1, A2, A3,

Entwickelt für die Messung von Netzströmen beim Anschluss der Empfängerphasen im Dreieck. Amperemeter A4 – zum Messen des Stroms im Neutralleiter eines Vierpassstromkreises. Amperemeter A5, A6, A7. - zur Messung von Phasenströmen sowohl beim Anschluss von Lastphasen nach einer „Stern“-Schaltung als auch nach einer „Dreieck“-Schaltung. Zur Messung von Phasen- und Netzspannungen verfügt der Stromkreis über ein 50-Volt-Voltmeter. Um die Spannung zwischen den Neutralleitern des Generators und der Last zu messen, befindet sich am Ständer ein 15-Volt-Voltmeter.

2. Erstellen Sie ein Experimentdiagramm. Teams mit ungeraden Nummern stellen einen Stromkreis zusammen, bei dem die Empfängerphasen in einer „Stern“-Schaltung verbunden sind, und Teams mit geraden Nummern in einer „Dreiecks“-Schaltung. Installationspläne sind auf den Ständen abgebildet.

3. Seltsame Brigaden Führen Sie die Arbeiten in der folgenden Reihenfolge durch:

A. Es wird eine 4-Leiter-Schaltung nach der „Stern“-Schaltung untersucht

Experiment 1: symmetrische Belastung. In Tabelle 1 der Laborarbeit Nr. 8 sind die Messwerte von Amperemetern sowie die gemessenen Linear- und Phasenspannungen aufgeführt.

Basierend auf den Ergebnissen der Messung von Strömen und Spannungen wird eine Schlussfolgerung gezogen, deren Form am Ende dieses Abschnitts angegeben ist.

Experiment 2. Asymmetrische Belastung. Dazu wird auf Anweisung des Lehrers einer der Kippschalter SA1.....SA3 eingeschaltet und erneut die Messwerte von Amperemetern und Voltmetern in der Datentabelle aufgezeichnet und die Ergebnisse der Beobachtungen in den Schlussfolgerungen festgehalten .

B. Eine 3-Leiter-Schaltung wird untersucht, wenn die Phasen des Empfängers zu einem „Stern“ verbunden werden.

Experiment 3. Symmetrische Belastung. Schalten Sie dazu den Kippschalter aus, der in Experiment 2 eingeschaltet wurde, und schalten Sie den Leistungsschalter QF4 aus, wodurch der Neutralleiter getrennt wird. Tragen Sie die Messwerte des Instruments in einer Tabelle ein und notieren Sie die Beobachtungsergebnisse in den Schlussfolgerungen.

Experiment 4. Asymmetrische Belastung. Derselbe Kippschalter wird wie in Experiment 2 eingeschaltet. Die Messwerte aller Instrumente werden in der Tabelle aufgezeichnet und die Ergebnisse der Beobachtungen werden in den Schlussfolgerungen festgehalten.

Experiment 5. Symmetrische Belastung. Kippschalter SA1. . ……..SA3 sind deaktiviert, Kippschalter SA4 ist eingeschaltet.

Tragen Sie nach dem Einschalten des Netzschalters SA die Messwerte des Amperemeters und des Voltmeters in die Tabelle ein. 9.1 (S. 15 dieses Handbuchs) und füllen Sie die Schlussfolgerungen aus.

Danach wird es geschrieben technische Eigenschaften alle gebrauchten Geräte.

Sogar Brigaden Experimente werden in der folgenden Reihenfolge durchgeführt: Experiment 5; Erfahrung 6; Erfahrung 1; Erfahrung 2; Erfahrung 3; Erleben Sie 4.

Führen Sie entsprechend den erhaltenen Daten Berechnungen durch und tragen Sie die Berechnungsergebnisse in die Tabelle in die Spalten „berechnet“ ein.

Erstellen Sie für alle Experimente maßstabsgetreue Vektordiagramme von Spannungen und Strömen auf Millimeterpapier oder Karopapier.

Schlussfolgerungen aus der Arbeit.

1. Verbindung der Empfängerphasen in einem „Stern“.

A.3-Phasen-4-Leiter-Schaltung (mit Neutralleiter).

Erleben Sie 1. Bei einer symmetrischen Belastung eines 3-Phasen-4-Leiter-Stromkreises haben wir beim Anschluss der Phasen des Empfängers in einem „Stern“ Folgendes festgestellt:

Spannungen an den Phasen des Empfängers __________ zueinander, die Lampen brennen mit ___________Helligkeit

(gleich oder nicht gleich) (gleich oder unterschiedlich)

Netzspannungen ____________ Phase _________ Mal,

(mehr, weniger) (Anzahl)

was sich von der Theorie unterscheidet auf der________%

Erfahrung 2. Bei einer unsymmetrischen Belastung in einem 3-Phasen-4-Leiter-Stromkreis haben wir bei der Verbindung der Phasen in einem „Stern“ aus Erfahrung gewonnen:

Empfängerphasenspannungen ________________________________________

(verändert oder nicht, gleich oder ungleich)

Die Lampen leuchten mit _____________________________ Helligkeit

(mit gleicher oder unterschiedlicher Helligkeit)

Lineare Spannungen _______________________ Phase _______ Mal

(mehr, weniger) (Anzahl)

Somit liefert das Vorhandensein des 4. Kabels ________________-Phasenspannungen

und ermöglicht Ihnen die Einbindung von _________________________________________________ in ein solches Netzwerk

(a) symmetrisch, b) asymmetrisch, c) und symmetrisch. und asymmetrisch. Belastung)

B. 3-Phasen-, 3-Leiter-Schaltung. Verbinden der Empfängerphasen zu einem „Stern“.

Phasenspannungen an der Last _____________ Lampen brennen mit____________ Helligkeit

(geändert oder nicht) (gleich oder unterschiedlich)

Neutralleiter mit symmetrischer Belastung_____________________________

(erforderlich oder optional)

Bei unsymmetrischer Belastung in einem 3-Phasen-3-Leiter-Stromkreis, wenn die Phasen im „Stern“ verbunden werden.

Phasenspannungen an der Last ___________________Lampenhelligkeit_________________

(gleich oder unterschiedlich) (gleich oder unterschiedlich)

Eine unsymmetrische Last in einen 3-Phasen-, 3-Leiter-Stromkreis einbeziehen __________________

(möglich, nicht möglich)

2. Anschluss der Empfängerphasen im Dreieck.

Beim Anschluss der Phasen des Empfängers nach dem „Dreieck“-Diagramm gilt aus Erfahrung:

Phasenspannungen______________im Vergleich zum gleichen Modus gemäß der „Stern“-Schaltung

(erhöht, verringert)

Die Lampen brennen mit ______________Helligkeit und ___________________ im Vergleich zur „Stern“-Schaltung

(mit gleichem oder unterschiedlichem) (heller oder schwächer)

Lineare Ströme__________Phase um das ______fache, was um ____ % von der Theorie abweicht

(mehr oder weniger)

Lastphasenspannungen _____________________________________________________

(vermindert, erhöht, nicht verändert)

Die Lampen brennen_mit____________Helligkeit

(gleich, unterschiedlich)

Somit können Sie nach dem „Dreieck“-Schema einschalten

Belastung.

(a) symmetrisch, b) asymmetrisch, c) sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch)

Informationen zur Verarbeitung der Versuchsergebnisse finden Sie im entsprechenden Abschnitt des Labors. Werk Nr. 8.

Fragen zum Selbsttest finden Sie in den entsprechenden Abschnitten des Labors. Werk Nr. 8 und Nr. 9.

Literatur:

Das gleiche wie in der Laborarbeit Nr. 8.

Zeit für Laborarbeiten

Wenn das Ende jeder Phase der Generatorwicklung mit dem Anfang der nächsten Phase verbunden wird, entsteht eine Dreieckschaltung. An den Wicklungsanschlusspunkten werden drei zur Last führende Leitungsdrähte angeschlossen.

In Abb. Abbildung 5 zeigt einen dreiphasigen Stromkreis mit Dreieckschaltung. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 5, in einer dreiphasigen Dreieckschaltung, Phasen- und Netzspannungen sind gleich Uл = Uф

Reis. 5. Dreiphasiger Stromkreis mit Dreieckschaltung

Lineare und Phasenlastströme sind durch das erste Kirchhoffsche Gesetz für die Knoten a, b, c miteinander verknüpft:

Somit, bei symmetrischer Belastung Il = √3 Iph

Dreiphasenschaltungen Sternschaltungen sind weiter verbreitet als dreiphasige Dreieckschaltungen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass erstens in einem durch einen Stern verbundenen Stromkreis zwei Spannungen erhalten werden können: linear und phasenförmig. Zweitens, wenn die Wicklungsphasen elektrische Maschine Wenn sich die durch ein Dreieck verbundenen Teile in unterschiedlichen Zuständen befinden, treten in der Wicklung zusätzliche Ströme auf, die diese belasten. In den Phasen einer sternförmig geschalteten elektrischen Maschine fehlen solche Ströme.

3.2 Berechnung symmetrischer Betriebsarten von Drehstromkreisen

Drehstromkreise sind eine Art Sinusstromkreise und daher alle bisher besprochenen Berechnungs- und Analysemethoden in komplexe Form voll und ganz auf sie zutreffen.

Als Drehstromempfänger wird allgemein eine Drehstromschaltung bezeichnet symmetrisch , wenn in ihnen komplexe Widerstände entsprechenden Phasen sind gleich , d.h. Z A = Z B = Z C . Ansonsten sind sie es asymmetrisch . Gleichheit der Module angegebenen Widerstände ist nicht ausreichend Symmetriebedingung Ketten. So zum Beispiel der dreiphasige Empfänger in Abb. 6 ist symmetrisch und in Abb. 7 – nein.

Reis. 6. Abb. 7.

Wird ein symmetrisches dreiphasiges Generatorspannungssystem an einen symmetrischen Drehstromkreis angelegt, so entsteht darin ein symmetrisches Stromsystem. Diese Betriebsart wird als Drehstromkreis bezeichnet symmetrisch . In diesem Modus sind die Ströme und Spannungen der entsprechenden Phasen gleich groß und um einen Winkel phasenverschoben

. Aus diesem Grund erfolgt die Berechnung solcher Schaltungen für eine Phase, die üblicherweise als Phase angenommen wird A . In diesem Fall erhält man die entsprechenden Größen in anderen Phasen durch formale Addition der Phasenvariablen zum Argument A Phasenverschiebung

während das Modul unverändert bleibt. So für symmetrischer Modus Funktionsweise der Schaltung in Abb. 8

mit bekannter Netzspannung und Phasenwiderständen kann Z AB = Z BC = Z CA = Z geschrieben werden

wobei der Phasenverschiebungswinkel φ zwischen Spannung und Strom durch die Art der Last Z bestimmt wird.

Basierend auf dem oben Gesagten sind dann die Ströme in den anderen beiden Phasen gleich:

Komplexe linearer Ströme können mithilfe eines Vektordiagramms ermittelt werden, woraus folgt

Ein Beispiel für die Berechnung der symmetrischen Betriebsart eines Drehstromkreises finden Sie in Anlage 3.

4. Stromkreise mit periodischem nicht-sinusförmigem Strom

Periodische nicht-sinusförmige Ströme und Spannungen in Stromkreisen entstehen, wenn in ihnen nicht-sinusförmige EMF-Einwirkungen auftreten oder wenn in ihnen nichtlineare Elemente vorhanden sind. Echte EMF, Spannungen und Ströme in Stromkreisen mit sinusförmigem Wechselstrom unterscheiden sich aus verschiedenen Gründen von einer Sinuskurve. Im Energiesektor ist das Auftreten nichtsinusförmiger Ströme oder Spannungen unerwünscht, weil verursacht zusätzliche Energieverluste. Allerdings gibt es große Bereiche der Technik (Funktechnik, Automatisierung, Computertechnik, Halbleiterwandlertechnik), in denen nichtsinusförmige Größen die Hauptform von EMK, Strömen und Spannungen darstellen.

Betrachten wir kurze theoretische Informationen und Methoden zur Berechnung linearer Stromkreise, wenn sie Quellen periodischer nicht-sinusförmiger EMF ausgesetzt sind.

4.1. Entwicklung einer periodischen Funktion in eine trigonometrische Reihe

Bekanntlich ist jede periodische Funktion eine endliche Anzahl von Diskontinuitäten erster Art und eine endliche Anzahl von Maxima und Minima während der Periode

lässt sich zu einer trigonometrischen Reihe (Fourierreihe) entwickeln:

Der erste Term der Reihe heißt konstante Komponente , zweites Semester - Grundschwingung oder erste Harmonische . Die übrigen Mitglieder der Serie werden aufgerufen höhere Harmonische .

Wenn wir die Sinuswerte der Summe aller Harmonischen im Ausdruck erweitern, erhält er die Form:

Bei analytischer Spezifikation der Funktion F (ωt)-Reihenkoeffizienten können mit den folgenden Ausdrücken berechnet werden:

Anschließend werden die Amplituden und Anfangsphasen der harmonischen Komponenten der Reihe berechnet:

Die Fourier-Reihenkoeffizienten der meisten in der Technik vorkommenden periodischen Funktionen werden in Referenzdaten oder in Lehrbüchern der Elektrotechnik angegeben.

Bei symmetrischer Belastung

U A = U V = U Mit = U A = U IN = U MIT = U F

Ia = iв = ic = I

Die Summe der momentanen Stromwerte aller drei Phasen bzw. die geometrische Summe der Vektoren dieser Ströme ist gleich Null (Abb. 4).

Bei einem Vierleiterstern fließt kein Strom im Neutralleiter. Daher ist bei einer symmetrischen Last kein Anschluss erforderlich.

Asymmetrische Belastung.

Im allgemeinen Fall einer asymmetrischen Belastung Z A  Z B  Z Mit .

Asymmetrie kann durch Inhomogenität oder Ungleichmäßigkeit der Belastung verursacht werden.

Eine unsymmetrische Last in Sternschaltung wird üblicherweise in einer Vierleiterschaltung angeschlossen, d. h. mit einem Neutralleiter, da bei Vorhandensein eines Neutralleiters mit geringem Widerstand eine asymmetrische Belastung nicht zu einer wesentlichen Änderung der Phasenspannungen führt. Mit einiger Näherung kann man davon ausgehen, dass die Phasenspannungen gleich bleiben wie bei einer symmetrischen Belastung.

U A = U B = U C = U A = U IN = U MIT

.

Durch den Neutralleiter fließt ein Ausgleichsstrom ICH Ö

Das Vektordiagramm für eine asymmetrische Phasenlast (die Last ist aktiv, die Asymmetrie entsteht durch die Ungleichmäßigkeit der Last) mit einem Neutralleiter ist in Abb. dargestellt. 5.

Das Fehlen eines Neutralleiters bei asymmetrischer Belastung stört den normalen Betrieb der Anlage.

Phasenströme werden so verändert und eingestellt, dass ihre Summe gleich Null ist. Dadurch wird die Symmetrie der Phasenspannungen verzerrt: Die Phase mit geringerem Widerstand steht unter reduzierter Spannung und die Phase mit höherem Widerstand steht unter erhöhter Spannung im Vergleich zum Normalzustand.

Das Vektordiagramm ohne Neutralleiter ist in Abb. dargestellt. 6.

Der Aufbau des Diagramms beginnt mit einem konstanten Dreieck der Netzspannungen.

Generatornullpunkt ( N) wird durch die Lage des Schwerpunkts des Dreiecks bestimmt, weil Die Phasenspannungen des Generators sind symmetrisch. Nulllastpunkt ( N) ist wie folgt definiert: vom Punkt A eine Kompasslösung, deren Maßstab dem Wert der gemessenen Phasenspannung der Last entspricht U A, es entsteht eine Kerbe. Die gleichen Serifen werden aus dem Punkt gemacht IN Kompasslösung U V, vom Punkt MIT- Lösung U Mit. Der Schnittpunkt der Serifen ist der Lastnullpunkt. Durch Verbinden des Nullpunkts mit den Enden der Generatorphasen (d. h. A, B, C), konstruieren Sie die Phasenlastspannungen U A , U V , U Mit. Abhängig von der Art der Last werden Stromvektoren gezeichnet. In Abb. Abbildung 6 zeigt ein Vektordiagramm einer ungleichmäßigen Wirklast.

Liniensegment Nn= U 0 – Die Vorspannung des Neutralleiters kann mit einem Voltmeter gemessen oder mit der Formel berechnet werden

,

Wo

- Komplexe der Effektivwerte der Phasenspannungen des Generators;

Y A , Y B , Y Mit– komplexe Leitfähigkeiten der Lastphasen.

Bei bekannter neutraler Vorspannung können die Phasenspannungen des Empfängers anhand der Formeln berechnet werden:

,

,

.

Die Laborarbeit untersucht die Häufigkeit asymmetrischer Belastung, insbesondere Unterbrechung und Kurzschluss der Empfängerphase.

Bei Phasenausfall A ohne Neutralleiter mit gleichen Wirkwiderständen der beiden anderen Phasen:

,

;

;

Das Vektordiagramm ist in Abb. dargestellt. 7.

Bei Phasenkurzschluss A:

U a = 0,

,

,

.

Das Vektordiagramm ist in Abb. dargestellt. 8.

Die Wirkleistung eines Drehstroms bei asymmetrischer Belastung der Phasen ist gleich der Summe der Wirkleistungen aller Phasen.

Denn bei symmetrischer Phasenbelastung und symmetrischem Spannungssystem U A = U B = U Mit = U F ; U AB = U Sonne = U SA = U L ; cosφ A = cosφ B = cosφ C = cosφ F, Das Wirkleistung Drehstrom ist gleich

.

Also mit einer Sternverbindung

;

, .