Лекция: СХЕМИ З'ЄДНАННЯ ДЖЕРЕЛ

Мета роботи:

дослідити різні способи з'єднання джерел трифазних кіл та їх властивості.

Теоретичні положення

Трифазне коло є окремим випадком багатофазних систем електричних кіл, що представляють собою сукупність електричних кіл, в яких діють синусоїдальні ЕРС однакової частоти, що відрізняються по фазі одна від іншої і створювані спільним джерелом енергії.

Кожну з частин багатофазної системи, що характеризується однаковим струмом, прийнято називати фазою. Таким чином, поняття «фаза» має в електротехніці два значення: перше – аргумент синусоїдальних величини, другий – частина багатофазної системи електричних кіл. Кола залежно від кількості фаз називають двофазними, трифазними, шестифазними і тоще.

Трифазні кола – найбільш поширені в сучасній електроенергетиці. Це пояснюється рядом їх переваг порівняно як з однофазними, так і з іншими багатофазними колами:

• економічність виробництва і передачі енергії в порівнянні з однофазними колами;

• можливість порівняно простого отримання кругового обертового магнітного поля, необхідного для трифазних двигунів;

• можливість отримання в одній установці двох експлуатаційних напруг – фазної та лінійної.

Трифазне коло складається з трьох основних елементів: трифазного генератора (див. рис. 6.1.), в якому механічна енергія перетворюється в електричну за трифазною системою ЕРС; (або трифазного трансформатора), лінії передачі з усім необхідним обладнанням; приймачів (споживачів), які можуть бути як трифазними (наприклад, трифазні двигуни), так і однофазними (наприклад, лампи освітлення).

Рис. 6.1 – Трифазна система ЕРС.

За умовний позитивний напрямок ЕРС в кожній фазі приймають напрям від кінця до початку фази. ЕРС, які індуковані в обмотках статора, мають однакові амплітуди і зсунуті по фазі відносно одна одної на один і той же кут 120°. Така система ЕРС називається симетричною.

Трифазна система ЕРС може зображуватися графіками, тригонометричними функціями, векторами і функціями комплексного змінного. Графіки миттєвих значень трифазної симетричної системи ЕРС показані на рис. 6.2.

ЕРС фази A має початкову фазу рівною нулю. Вирази миттєвих значень ЕРС можна записати у вигляді:

Рис. 6.2 – Графіки трифазної симетричної системи ЕРС

Для миттєвих значень ЕРС (див. рис. 6.2)

Рівняння для комплексних діючих ЕРС:

,

,

.

Векторна діаграма трифазної симетричної системи ЕРС показана на рис. 6.3.

Рис. 6.3 – Трифазна система ЕРС:

а) пряма послідовність; б) зворотна послідовність

На діаграмі рис. 6.3, а вектор ĖA спрямований вертикально, оскільки при розрахунку трифазних кіл прийнято направляти вертикально вгору вісь дійсних величин. З векторних діаграм рис 6.3 випливає, що для симетричної трифазної системи геометрична сума векторів ЕРС всіх фаз дорівнює нулю:

ĖA+ĖB+ĖC=0.

Систему ЕРС, в якій ЕРС фази B відстає по фазі від ЕРС фази A, а ЕРС фази C по фазі – від ЕРС фази B, називають системою прямої послідовності. Якщо змінити напрямок обертання ротора генератора, то послідовність фаз зміниться (рис. 6.3, б) і називатиметься зворотною.

Необхідне обладнання

Блок джерел трифазної напруги. Цифровий мультиметр для вимірів напруги.

Блок джерел трифазної напруги.Внизу блока джерел живлення розташований блок трифазної напруги, зовнішній вигляд якого представлений на рис. 6.4.

Рис. 6.4 – Лицева панель джерела трифазної напруги

1. Сигнальна лампа загального живлення трьох фаз.

2. Сигнальна лампа захисту джерела фази А курсів і кнопка деблокування.

3. Тумблер включення живлення джерела фази А і сигнальна лампочка джерела.

4. Джерело живлення фази А.

5. Джерело живлення фази В.

6. Джерело живлення фази С.

7. Перемикач завдання величини вихідної напруги (одиниці вольт).

8. Вихід джерела живлення фази А. курсів

9. Перемикач завдання величини вихідної напруги (десятки вольт).

10. Тумблер включення живлення всіх 3-х фаз.

Блок має в своєму складі три незалежні джерела регульованої змінної однофазної напруги 4, 5, 6. Напруги джерел синусоїдальні і зсунуті одна до одної на 120 електричних градусів. Частота змінної напруги джерел – 50 Гц. У лівій частині блоку розташований тумблер 10 загального включення живлення джерел, над ним розташована сигнальна лампа живлення 1. Кожне джерело живлення має свій тумблер включення живлення 3 і сигнальну лампу, розташовану над ним. Блок забезпечений захистом, аналогічним захисту джерел постійного і змінного струму з сигнальною лампою захисту і кнопкою деблокування (2).

Величина вихідної напруги регулюється двома перемикачами 9, 7. Перемикач 9 змінює величину вихідної напруги на 10 В при зміні положення перемикача. Перемикач 7 дозволяє змінювати вихідну напругу на величину 1 В. Виходи джерел виведені на клеми 8. Однойменні клеми (початок, кінець) джерел позначені «*». Можливість незалежної установки вихідної напруги дозволяє досліджувати несиметричні режими роботи трифазних кіл. Слід пам’ятати, що три джерела між собою гальванічно не зв’язані, і відповідна схема з’єднання (трикутник, зірка) збирається за допомогою відповідних зовнішніх з’єднань.

Порядок виконання роботи

1. Встановити однакові напруги (Uф=10-30 В) кожного з джерел. Під час усієї роботи підтримувати ці напруги незмінними.

2. По черзі, збираючи з’єднання джерел ЕА,ЕВ,ЕС відповідно до кожного з варіантів схем рис. 6.5, виміряти зазначені напруги:

Рис. 6.5 – Схеми з’єднань джерел живлення

Оформлення звіту

Правила оформлення звіту дивись у додатку А.

3. За результатами вимірів для кожної зі схем рис. 6.5 побудувати топографічні діаграми поруч із виміряними величинами.

4. За топографічною діаграмою графічно розрахувати напруги третього стовпчика рис. 6.5 та записати їх. Порівняти отримані значення з експериментальними даними.

5. Зробити висновки з виконаної роботи.

Запитання для самоконтролю:

1. Що таке багатофазне електричне коло?

2. Що таке трифазне електричне коло?

3. Що таке фаза у трифазному колі?

4. Що таке симетричне трифазне коло?

5. Під яким кутом зсунуті вектори напруг трифазного кола?

6. Способи зображення трифазної системи ЕРС?

7. Які переваги має трифазна система?

8. Що таке пряма та зворотна послідовність фаз у трифазній системі?