Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071800 Электроэнергетика
Лабораторная работа №5. Исследование режимов работы электрооборудований при симметричной нагрузке
жүктеу/скачать 1.66 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 4.1 Перечень оборудования
- 4.2 Методические указания
| 4 Лабораторная работа №5. Исследование режимов работы электрооборудований при симметричной нагрузке
Цель работы: исследовать режим работы системы электроснабжения при симметричной нагрузке. 4.1 Перечень оборудования Лабораторный стенд состоит из лабораторной стойки и имеет специализированный каркас, в котором закрепляются отдельные модули стенда такие, как модули трехфазной сети, вводные выключатели, выключатели кабельной ЛЭП, двигательные нагрузки и секционный выключатель, также в состав стенда входит персональный компьютер, располагаемый на специальном столе. 4.2 Методические указания Симметрия напряжения. Трехфазные цепи являются частным случаем многофазных систем, под которыми понимают совокупность нескольких нагрузок и источников питания, имеющих одинаковую частоту и смещенных по фазе на некоторый угол друг относительно друга. Каждая пара «источник-нагрузка» может рассматриваться как отдельная цепь и называется фазой системы. Если отдельные фазы системы не соединены между собой электрически (рисунок 1.1 а), то такую систему называют несвязанной. Несвязанная система не обладает никакими особыми свойствами, и если между фазами отсутствует и магнитная связь, то такая совокупность цепей вообще не может рассматриваться как многофазная. Соединение фаз системы между собой (рисунок 5.1 б) придает ей особые качества, благодаря которым многофазные системы (в особенности трехфазные) получили исключительное распространение в области передачи и преобразования электрической энергии. Одним из очевидных преимуществ связанной системы (рисунок 5.1) является сокращение с шести до четырех числа проводников, соединяющих источники с нагрузкой. При благоприятных обстоятельствах это число может быть уменьшено до трех. В дальнейшем мы отметим целый ряд других преимуществ, которым обладают связанные системы. Любая многофазная система может быть симметричной и несимметричной. Симметрия системы определяется симметрией ЭДС, напряжений и токов.
Рисунок 5.1 – Схема соединение фаз между собой Под симметричной многофазной системой ЭДС, напряжений или токов понимают совокупность соответствующих величин, имеющих одинаковые амплитуды и смещенных по фазе на угол по отношению друг к другу, где m - число фаз системы. Если для обозначения фаз трехфазной системы использовать первые буквы латинского алфавита, то симметричную систему ЭДС можно записать в виде:
Аналогичные выражения можно написать и для токов, и падений напряжения в симметричной трехфазной системе. Основное свойство симметричных многофазных систем заключается в том, что сумма мгновенных значений величин, образующих систему в каждый момент времени, равна нулю. Для изображений величин, образующих систему, это свойство означает равенство нулю суммы фазных векторов. В справедливости этого утверждения легко убедиться на примере трехфазной системы, если в области изображений сложить числа в скобках в правой части выражений (5.1). Многофазная система симметрична только тогда, когда в ней симметричны ЭДС, токи и напряжения. Если принять равными нулю внутренние сопротивления источников питания или включить их значения в сопротивления нагрузки, то условие симметрии системы сводится к симметрии ЭДС и равенству комплексных сопротивлений нагрузки. Это условие для трехфазной системы записывается в виде: Za = Zb = Zc. (5.2) Существуют два способа связывания элементов в многофазную систему - соединение звездой и соединение многоугольником. Звезда - это такое соединение, в котором начала всех элементов объединены в один узел, называемый нейтральной точкой. Подключение к системе при этом осуществляется концами элементов (рисунок 5.2 а). Многоугольник - это соединение, в котором все элементы объединены в замкнутый контур так, что у соседних элементов соединены между собой начало и конец. С системой многоугольник соединяется в точках соединения элементов. Частным случаем многоугольника является треугольник рисунок 5.2 (б).
Источники питания и нагрузки в многофазных системах в общем случае могут быть связаны разными способами. При анализе многофазных систем вводится ряд понятий, необходимых для описания процессов. Проводники, соединяющие между собой источники и нагрузку, называются линейными проводами, а проводник, соединяющий нейтральные точки источников и нагрузки, нейтральным проводом. Электродвижущие силы источников многофазной системы (eA, EA, EA, eB, EB, EB, eC, EC, EC), напряжения на их выводах (uA, UA, UA, uB, UB, UB, uC, UC, UC) и протекающие по ним токи (iA, IA, IA, iB, IB, IB, iC, IC, IC) называются фазными. Напряжения между линейными проводами (UAB, UAB, UBC, UAC, UCA, UCA) называются линейными. Связь линейных напряжений с фазными можно установить через разность потенциалов линейных проводов (рисунок 1.1 б) как uAB = uAN + uNB = uAN - uBN = uA - uB или в символической форме: UAB = UA - UB ; UBC = UB - UC; UCA =UC - UA. (5.3) Симметричная нагрузка приемника. При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc, т.е. когда Ra = Rb = Rc= Rф и Xa = Xb = Xc = Xф, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы: (5.4) (5.5) Построив векторную диаграмму токов для симметричного приемника (рисунке 5.3), легко установить, что геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю: İa + İb + İc = 0. Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе IN = 0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает. Рисунок 5.3 - Векторная диаграмма токов Симметричная нагрузка. При симметричной нагрузке:
т.е Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему: Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°. Линейные токи образуют также симметричную систему токов (рисунок 5.4, 5.5). Рисунок 5.4 – Векторная диаграмма линейных токов На векторной диаграмме (рисунок 5.5) фазные токи отстают от фазных напряжений на угол φ (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. φ > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в раз. Линейный ток İA отстает по фазе от фазного тока İab на угол 30°, на этот же угол отстает İB от İbc, İC от İca. Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в раз больше действующего значения фазного тока и ; Трехфазная цепь является совокупностью трех однофазных цепей, поэтому ее мощность может быть определена как сумма мощностей отдельных фаз. При соединении звездой активная мощность системы будет равна: (5.7) а реактивная: (5.8) Если нагрузка соединена треугольником, то активная и реактивная мощности будут равны: (5.9) (5.10) Полную мощность можно определить из треугольника мощностей как: (5.11) Следует обратить внимание на то, что полная мощность трехфазной цепи не является суммой полных мощностей фаз. При симметричной нагрузке мощности всех фаз одинаковы, поэтому полная мощность и ее составляющие для соединения звездой будут равны. При соединении нагрузки треугольником: (5.12) Из выражений (5.11) и (5.12) следует, что полная мощность трехфазной сети и ее составляющие при симметричной нагрузке могут быть определены по линейным токам и напряжениям независимо от схемы соединения. жүктеу/скачать 1.66 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||