Проведение измерений в цепи и обработка результатов измерений

Схемы исследуемых электрических цепей приведены на рис.4.2. и 4.4. В качестве нагрузки используют группы нагрузочных резисторов, схемы которых показаны на рис.4.1, а сочетания включенных резисторов указаны в табл. 4.1. Во избежание перегрева блока резисторов 67-142 рекомендуется устанавливать переключатели в положение, соответствующее сопротивлению не менее 950 Ω на группу для каждой фазы.

Сначала собирают электрическую цепь при соединении приемников звездой (рис. 4.2). Линейное напряжение устанавливают на уровне 220 В, тогда фазное напряжение будет 127 В.

На мультиметре 68-100 переключатель "3-wire – 4wire" устанавливают в положение "3-wire" (трехпроводная цепь). Нажатием кнопки “Program button” входят в режим программирования, и с помощью кнопок ↓ и ↑, расположенных на передней панели мультиметра, устанавливают режим ‘3f-3w’. Затем нажатием кнопки “Program button” выходят из режима программирования.

В этом случае цифровой мультиметр 68-100, соединенный с блоком нагрузок 67-142, измеряет линейные напряжения V_AB,V_BC,V_CA и линейные токи I₁, I₂, I₃.

Выход мультиметра 68-100 соединен со входом электродинамических ваттметров 68-200, измеряющих активную мощность по методу двух ваттметров. Для измерения фазного напряжения можно использовать вольтметр переменного тока 68-117, включаемый поочередно в фазы an, bn, cn.

Следует отметить, что соединение нейтральной точки n нагрузок и N генератора не предусмотрено. Следовательно, цепь будет трехпроводной и это позволит измерять трехфазную мощность методом двух ваттметров (рис. 4.3).

Перед началом работы следует установить регулятор напряжения источника питания 60-105 в положение 0%, затем, вращая ручку управления выходным напряжением, установить линейные напряжения на мультиметре 68-100 равные 220 В. При этом сопротивления групп резисторов устанавливают не менее 950 Ом на каждой фазе приемника. При равномерной нагрузке сопротивления групп резисторов на всех фазах равны.

Рис.4.2. Принципиальная схема трехфазной цепи звезда источника – звезда нагрузки без нейтрального провода (трехпроводная цепь)

Для получения режима неравномерной нагрузки изменяют сопротивления групп по указанию преподавателя. Измеряют и записывают в табл. 4.4 напряжения, токи и мощности, указанные в этой таблице.

Рис.4.4. Принципиальная схема трехфазной цепи звезда источника – звезда нагрузки с нейтральным проводом (четырехпроводная цепь)

Схема электрической цепи при соединении приемников звездой (четырехпроводная цепь) изображена на рис.4.4.

Переключатель "3-wire – 4wire" устанавливают в положение "4-wire" (четырехпроводная цепь). Нажатием кнопки “Program button” входят в режим программирования, и с помощью кнопок ↓ и ↑ , расположенных на передней панели мультиметра, устанавливают режим ‘3f-4w’. Затем нажатием кнопки “Program button” выходят из режима программирования.

В этом случае цифровой мультиметр 68-100, соединенный с блоком нагрузок 67-142, измеряет фазные напряжения V_an,V_bn,V_cn и линейные токи I₁, I₂, I₃. Процедура измерений та же, что и для трехпроводной цепи.

В этом режиме с помощью кнопок ↑ и ↓ можно переключать фазные и линейные напряжения, обозначенные на табло .

Рис. 4.6. Схема соединений трехфазной цепи звезда источника – звезда нагрузки с нейтральным проводом (трехпроводная цепь) с виртуальными приборами

Таблица 4.4. Результаты измерений в трехфазной цепи при соединении звездой

Таблица 4.5. Результаты вычислений в трехфазной цепи при соединении звездой

Тип Трехфазной цепи

Вид нагрузки

Отношения напряжений

Сопротивления Фаз приемника, Ом

Мощности, Вт

фазные

Трехфазной цепи

Ra

Rb

Rc

Pa

Pb

Pc

ΣPф

3Pф

√3UлIл

P'+P"

трех проводная

равном

неравном

-

-

обрыв фазы

-

-

четырех проводная

равном

-

неравном

-

-

-

обрыв фазы

-

-

-

По данным лабораторных измерений проводят ряд вычислений, результаты которых заносят в табл.4.5:

1. Отношения линейных и фазных напряжений вычисляют только при со­единении приемников звездой. В четырехпроводной сети системы линейных и фазных напряжений приемника симметричны и выполняется отношение для всех линейных и фазных напряжений. Это соотношение ­ ме­жду линейными и фазными напряжениями справедливо также при равномер­ной нагрузке в трехпроводной сети. При неравномерной нагрузке в трехпроводной сети отношения U_л/U_ф разные и могут значительно отличаться от ,

2. Сопротивления фаз приемника вычисляют с учетом того, что приемник
чисто активный, по формуле;

Z_ф=R_ф=U_ф/I_ф (4.9)

3. Мощность отдельных фаз вычисляют по формуле

P_ф=U_фI_фcosφ (4.10)

так как приемник чисто активный, cosφ=1. Например, P_a=U_aI_a Мощность трехфазного приемника равна сумме мощностей фаз,

P=ΣP_ф=P_a+P_b+P_c (4.11)

Фазные мощности и их сумму вычисляют для всех опытов. Для равномерной нагрузки, когда Р_а=Р_b=Р_с, мощность трехфазного при­емника находят по формулам:

(4.12)

При равномерной нагрузке и точных измерениях все способы вычисления мощности трехфазного приемника должны дать одинаковый результат, то есть

Кроме того, мощность трехфазного приемника при трехпроводной сети определяют по методу двух ваттметров:

Р=Р'+Р" (4.13)

Указания по построению векторных диаграмм

По результатам измерений векторные диаграммы напряжений и токов удобно построить способом "засечек", как показано на рис. 4.7. Предварительно следует выбрать масштаб для напряжений и токов. При построении диаграммы напряжений следует учесть, что источник питания имеет симметричную систему линейных и фазных напряжений. Следовательно, система линейных напряжений приемника также будет симметричной, образующей равносторонний треугольник.

При соединении приемников звездой сначала строят треугольник линейных напряжений. Первым горизонтально откладывают вектор напряжения, определяющий вершины с и b треугольника. Из точек с и b радиусами равными линейным напряжениям U_ca и U_ab, соответственно, делают "засечки", пересечение которых определяет вершину а треугольника линейных напряжений.

Из вершин этого треугольника радиусами, равными соответствующим фазным напряжениям приемника, делают "засечки" внутри треугольника. Точка пересечения этих "засечек" соответствует нейтральной точке n приемника. Точка n располагается в центре тяжести треугольника аbс при любой нагрузке в четырехпроводной сети и при равномерной нагрузке в трехпроводной сети. При неравномерной нагрузке в трехпроводной сети точка n может занимать любое положение. Векторы фазных напряжений U_a, U_b, U_c приемника проводят из точки n в точки a, b и с.

Рис. 4.7. Векторные диаграммы напряжений и токов при соединении приемников звездой:

а- при равномерной нагрузке, б- при неравномерной нагрузке в четырех­проводной цепи,

в- при неравномерной нагрузке в трехпроводной цепи

Для случая неравномерной нагрузки в трехпроводной сети (рис. 4.7, в) не­обходимо также построить векторы фазных напряжений источника питания, образующих симметричную систему, то есть выходящих из точки N (центра тяжести треугольника). Вектор напряжения U_nN проводят между точками N и n.

Так как приемник чисто активный, то при соединении звездой фазные токи совпадают по фазе с фазными напряжениями и их векторы проводят совпа­дающими с векторами соответствующих фазных напряжений приемника. Для случая неравномерной нагрузки в четырехпроводной сети строят вектор тока I_N в нейтральном проводе (рис.4.7,б), как векторную сумму фазных токов:

I_N=I_a+I_b+I_c (4.14)