Какое соединение однофазных потребителей электрической энергии называют звездой?

Оснащение рабочего места

  Для проведения лабораторной работы используется устройство лабораторное К4822-2: измерительные приборы: амперметр, вольтметр

Техника безопасности: Без проверки преподавателя схему не включать, т.к. при неправильном включении амперметров они могут выйти из строя. (Приложение 1).

Норма времени: 4 часа.

Ход работы:

Теоретические основы

1. 1. Пояснения.

Трёхфазной системой называется совокупность трёх электрических цепей, в которых действуют три одинаковые синусоидальные Э.Д.С, сдвинутые между собой по фазе на угол 2/3 радиана (120⁰)

Трёхфазный ток имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным током и однофазный переменным током и поэтому широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Все государственные районные, промышленные и сельские электростанции вырабатывают электрическую энергию переменного трёхфазного тока, которая передаётся на большие расстояния и распределяется между потребителями, как правило, при помощи трёхфазных систем. Подавляющее число применяемых электродвигателей потребляет трёхфазный переменный ток.

Для объединения однофазных цепей переменного тока в трёхфазную систему применяют два основных способа соединений: по схеме звезды и по схеме треугольника.

1.2. Соединение по схеме звезды.

Соединение обмоток генератора и нагрузки звездой показано на рисунке 1.

Iл = Iф

            

 

 

Схема 1 Соединение по схеме звезды

Но чаще всего она имеет (у потребителей) четыре провода: три линейных АА1, ВВ1 и СС1, по которым протекают линейные токи , и один нулевой, или нейтральный, провод ОО1, по которому в любой момент времени протекает арифметическая сумма мгновенных значений токов трёх фаз. При симметричной нагрузке (когда силы токов во всех трёх фазах равны и имеют одинаковый угол сдвига друг относительно друга), ток в нулевой линии отсутствует. В этом случае трехфазная линия может иметь только три линейных провода. Однако при наличии однофазных потребителей тока обеспечить симметричную нагрузку почти невозможно, и поэтому соединение трехфазной системы в звезду осуществляют с помощью четырех проводов: четырех проводной трёхфазной системой.

Трехфазная четырех проводная система, например, напряжением 380/220 В, позволяет одновременно присоединять к этой сети как трехфазные приемники электроэнергии, так и однофазные, рассчитанные на 380 или 220 В. нулевая линия позволяет поддерживать у потребителей, рассчитанных на фазное напряжение, одинаковые напряжения в каждой фазе. При соединении в звезду .

Если к трехфазной системе присоединены три одинаковых приемника, то по всем трем фазам и по трем линейным проводам течет ток одинаковой силы, между векторами всех трех токов имеется одинаковый сдвиг фаз и сила тока в нулевом проводе равна нулю; такую систему называют симметричной.

Если же к трем фазам подключены различные по мощности и характеру потребители тока, то в каждой фазе и в каждом линейном проводе потекут токи разной силы или с различным сдвигом фаз, а по нулевому проводу потечет ток, равный геометрической сумме токов трех фаз. .Такая система называется несимметричной.

1.3. Соединение по схеме треугольника.

Однофазные приемники электрической энергии при получении питания от трехфазной системы, как и обмотки источников электрической энергии, могут быть соединены в треугольник, как показано на схеме 2.

Схема 2 Соединение по схеме треугольника

На рисунке показано соединение в треугольник обмоток трехфазного генератора АВ, ВС и СА с тремя однофазными потребителями АВ, ВС и СА. В этом случае линейные напряжения оказываются равными фазным напряжениям , а линейные токи в  раза больше, чем токи в каждой из трех фаз при симметричной нагрузке.

При соединении потребителей в треугольник все однофазные потребители должны быть рассчитаны на номинальное линейное напряжение.

Порядок проведения работы

 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ОПЫТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ.

Задание 1

1 Ознакомиться с лабораторной установкой в целом и измерительными приборами, которые используются в работе:

В1 - В2	-тумблеры
Л1 - Л9	- нагрузочные лампочки
ИП1	-миллиамперметр переменного тока 300 mA;
ИП2	-вольтметр переменного тока 250V

2.Заполнить технические данные измерительных приборов по заданному образцу Таблица 1.Оборудование (Приложение 2).

 

 

3 Собрать схему соединения в звезду, приведенной на рисунке 3 и дать проверить преподавателю

Рисунок 3 Схема электрической цепи соединение по схеме звезда

4. Включить три потребителя электрической энергии одинаковой мощности. Однополюсный рубильник в нулевом проводе должен быть включен. Замерить токи во всех четырех проводах и напряжение каждой фазы. Записать результаты измерений в таблицу 1. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами.

Таблица 1 Испытание приемников электрической энергии, соединенных в звезду.

Режим нагрузки	Токи нагрузки				Напряжение
					фазные			линейные
	IA	IB	IC	IO	UA	UB	UC	UAB	UBC	UCA
1. Нулевой провод включен, нагрузка симметричная
2. Нулевой провод выключен, нагрузка симметричная
3. Нулевой провод включен, нагрузка Несимметричная
4. Нулевой провод выключен, нагрузка несимметричная

 5.Повторить те же измерения токов и напряжений, включив в нулевом проводе рубильник В ₃.

6. При выключенном рубильнике В ₃, в нулевом проводе изменить нагрузку в трех фазах так, чтобы в каждой фазе была разная нагрузка. Измерить токи и напряжения каждой фазе и между фазами. Результаты записать в таблицу 1.

7. Включить рубильник в нулевом проводе и вновь измерить напряжение и токи. Результаты записать в таблицу 1.

8.. Выяснить влияние нулевого провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузках

9.Составить отчет по результатам испытания потребителей, соединенных по схеме звезды.

 Задание 2

1. Собрать схему соединения в треугольник (рис. 4)

 Для сборки схемы по рис.4 используйте следующие приборы:

ИП1	-амперметр переменного тока;
ИП2	-миллиамперметр постоянного тока 300 mA;
ИП3	-вольтметр переменного тока 250V
Л1 - Л9	- нагрузочные лампочки
	В1 - В2-тумблеры

 

Рисунок. 4 Соединение в треугольник

.2. На каждую фазу включить электрические лампы одинаковой суммарной мощности, измерить токи и напряжения во всех трех фазах и в тех линейных проводах. Результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2 Испытания приемников электрической энергии, соединенных в треугольник

Режим нагрузки	Токи нагрузки							Напряжение
	линейные			фазные
	IA	IB	IC	IAВ	IBС	ICА	UAB		UBC	UCA
1. Нулевой симметричная
2. Нулевой несимметричная

3. 4. 2. Включить на фазы несимметричную нагрузку. Результаты измерений записать в таблицу 2.

3. 4. 3. Сравнить показания вольтметров, измеряющих линейные и фазные напряжения при соединении в треугольник, с симметричной и несимметричной нагрузками.

3. 4. 5. Составить отчет по результатам испытаний схемы с потребителями, включенными в треугольник.

3. 4. 6. Сравнить схемы включения в звезду и в треугольник при симметричной и несимметричной нагрузках.

3. 5. Напишите вывод по результатам измерений и вычислений

В трехфазной системе, соединенной по схеме звезда, линейные напряжения больше фазных в  раз. При смешанной осветительной и силовой нагрузке линейное напряжение 380 В подается на зажимы трехфазных двигателей, а фазное 220 В = 380:  - на осветительные приборы. .

В трехфазной системе, соединенной по схеме треугольника, линейные напряжения оказываются равными фазным напряжениям

При соединении в звезду ток линейный равен фазному

При соединении в треугольник линейные токи в  раза больше (в 1, 73 раза), чем токи в каждой из трех фаз при симметричной нагрузке.

В четырех проводной системе трехфазного тока нулевая линия позволяет поддерживать у потребителей, рассчитанных на фазное напряжение, одинаковые напряжения в каждой фазе.

3.6Оформите результаты измерений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением2

Контрольные вопросы:

Задания для отчета

По результатам лабораторной работы выполняется письменный отчет с ответами на контрольные вопросы, устная защита

Система оценивания.

Применяется накопительная система оценки

Основные источники:

1. Немцов М.В. Электротехника и электроника: учебник для СПО (Гриф) ТОП-50/М.В. Немцов, М.Л. Немцова.-М.: ИЦ «Академия», 2017.-480с.

2. ЭУМК: Немцов М.В. Электротехника [Электронный ресурс]:.- М.: Академия, 2018.- 1- изд. Тип лицензии: многопользовательская на 5 лет договор № 0054/СЭО-18 от 18 декабря 2018г.

3. Блохин А.В. Электротехника: [Электронный ресурс]: учебное пособие для неэлектротехнических спец. вузов.- Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та, 2014.-184с. (Формат PDF)

 

 

Оснащение рабочего места

  Для проведения лабораторной работы используется устройство лабораторное К4822-2: измерительные приборы: амперметр, вольтметр

Техника безопасности: Без проверки преподавателя схему не включать, т.к. при неправильном включении амперметров они могут выйти из строя. (Приложение 1).

Норма времени: 4 часа.

Ход работы:

Теоретические основы

1. 1. Пояснения.

Трёхфазной системой называется совокупность трёх электрических цепей, в которых действуют три одинаковые синусоидальные Э.Д.С, сдвинутые между собой по фазе на угол 2/3 радиана (120⁰)

Трёхфазный ток имеет ряд преимуществ по сравнению с постоянным током и однофазный переменным током и поэтому широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Все государственные районные, промышленные и сельские электростанции вырабатывают электрическую энергию переменного трёхфазного тока, которая передаётся на большие расстояния и распределяется между потребителями, как правило, при помощи трёхфазных систем. Подавляющее число применяемых электродвигателей потребляет трёхфазный переменный ток.

Для объединения однофазных цепей переменного тока в трёхфазную систему применяют два основных способа соединений: по схеме звезды и по схеме треугольника.

1.2. Соединение по схеме звезды.

Соединение обмоток генератора и нагрузки звездой показано на рисунке 1.

Iл = Iф

            

 

 

Схема 1 Соединение по схеме звезды

Но чаще всего она имеет (у потребителей) четыре провода: три линейных АА1, ВВ1 и СС1, по которым протекают линейные токи , и один нулевой, или нейтральный, провод ОО1, по которому в любой момент времени протекает арифметическая сумма мгновенных значений токов трёх фаз. При симметричной нагрузке (когда силы токов во всех трёх фазах равны и имеют одинаковый угол сдвига друг относительно друга), ток в нулевой линии отсутствует. В этом случае трехфазная линия может иметь только три линейных провода. Однако при наличии однофазных потребителей тока обеспечить симметричную нагрузку почти невозможно, и поэтому соединение трехфазной системы в звезду осуществляют с помощью четырех проводов: четырех проводной трёхфазной системой.

Трехфазная четырех проводная система, например, напряжением 380/220 В, позволяет одновременно присоединять к этой сети как трехфазные приемники электроэнергии, так и однофазные, рассчитанные на 380 или 220 В. нулевая линия позволяет поддерживать у потребителей, рассчитанных на фазное напряжение, одинаковые напряжения в каждой фазе. При соединении в звезду .

Если к трехфазной системе присоединены три одинаковых приемника, то по всем трем фазам и по трем линейным проводам течет ток одинаковой силы, между векторами всех трех токов имеется одинаковый сдвиг фаз и сила тока в нулевом проводе равна нулю; такую систему называют симметричной.

Если же к трем фазам подключены различные по мощности и характеру потребители тока, то в каждой фазе и в каждом линейном проводе потекут токи разной силы или с различным сдвигом фаз, а по нулевому проводу потечет ток, равный геометрической сумме токов трех фаз. .Такая система называется несимметричной.

1.3. Соединение по схеме треугольника.

Однофазные приемники электрической энергии при получении питания от трехфазной системы, как и обмотки источников электрической энергии, могут быть соединены в треугольник, как показано на схеме 2.

Схема 2 Соединение по схеме треугольника

На рисунке показано соединение в треугольник обмоток трехфазного генератора АВ, ВС и СА с тремя однофазными потребителями АВ, ВС и СА. В этом случае линейные напряжения оказываются равными фазным напряжениям , а линейные токи в  раза больше, чем токи в каждой из трех фаз при симметричной нагрузке.

При соединении потребителей в треугольник все однофазные потребители должны быть рассчитаны на номинальное линейное напряжение.

Порядок проведения работы

 ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ОПЫТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ.

Задание 1

1 Ознакомиться с лабораторной установкой в целом и измерительными приборами, которые используются в работе:

В1 - В2	-тумблеры
Л1 - Л9	- нагрузочные лампочки
ИП1	-миллиамперметр переменного тока 300 mA;
ИП2	-вольтметр переменного тока 250V

2.Заполнить технические данные измерительных приборов по заданному образцу Таблица 1.Оборудование (Приложение 2).

 

 

3 Собрать схему соединения в звезду, приведенной на рисунке 3 и дать проверить преподавателю

Рисунок 3 Схема электрической цепи соединение по схеме звезда

4. Включить три потребителя электрической энергии одинаковой мощности. Однополюсный рубильник в нулевом проводе должен быть включен. Замерить токи во всех четырех проводах и напряжение каждой фазы. Записать результаты измерений в таблицу 1. Проверить соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами.

Таблица 1 Испытание приемников электрической энергии, соединенных в звезду.

Режим нагрузки	Токи нагрузки				Напряжение
					фазные			линейные
	IA	IB	IC	IO	UA	UB	UC	UAB	UBC	UCA
1. Нулевой провод включен, нагрузка симметричная
2. Нулевой провод выключен, нагрузка симметричная
3. Нулевой провод включен, нагрузка Несимметричная
4. Нулевой провод выключен, нагрузка несимметричная

 5.Повторить те же измерения токов и напряжений, включив в нулевом проводе рубильник В ₃.

6. При выключенном рубильнике В ₃, в нулевом проводе изменить нагрузку в трех фазах так, чтобы в каждой фазе была разная нагрузка. Измерить токи и напряжения каждой фазе и между фазами. Результаты записать в таблицу 1.

7. Включить рубильник в нулевом проводе и вновь измерить напряжение и токи. Результаты записать в таблицу 1.

8.. Выяснить влияние нулевого провода на работу трехфазной системы при симметричной и несимметричной нагрузках

9.Составить отчет по результатам испытания потребителей, соединенных по схеме звезды.

 Задание 2

1. Собрать схему соединения в треугольник (рис. 4)

 Для сборки схемы по рис.4 используйте следующие приборы:

ИП1	-амперметр переменного тока;
ИП2	-миллиамперметр постоянного тока 300 mA;
ИП3	-вольтметр переменного тока 250V
Л1 - Л9	- нагрузочные лампочки
	В1 - В2-тумблеры

 

Рисунок. 4 Соединение в треугольник

.2. На каждую фазу включить электрические лампы одинаковой суммарной мощности, измерить токи и напряжения во всех трех фазах и в тех линейных проводах. Результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2 Испытания приемников электрической энергии, соединенных в треугольник

Режим нагрузки	Токи нагрузки							Напряжение
	линейные			фазные
	IA	IB	IC	IAВ	IBС	ICА	UAB		UBC	UCA
1. Нулевой симметричная
2. Нулевой несимметричная

3. 4. 2. Включить на фазы несимметричную нагрузку. Результаты измерений записать в таблицу 2.

3. 4. 3. Сравнить показания вольтметров, измеряющих линейные и фазные напряжения при соединении в треугольник, с симметричной и несимметричной нагрузками.

3. 4. 5. Составить отчет по результатам испытаний схемы с потребителями, включенными в треугольник.

3. 4. 6. Сравнить схемы включения в звезду и в треугольник при симметричной и несимметричной нагрузках.

3. 5. Напишите вывод по результатам измерений и вычислений

В трехфазной системе, соединенной по схеме звезда, линейные напряжения больше фазных в  раз. При смешанной осветительной и силовой нагрузке линейное напряжение 380 В подается на зажимы трехфазных двигателей, а фазное 220 В = 380:  - на осветительные приборы. .

В трехфазной системе, соединенной по схеме треугольника, линейные напряжения оказываются равными фазным напряжениям

При соединении в звезду ток линейный равен фазному

При соединении в треугольник линейные токи в  раза больше (в 1, 73 раза), чем токи в каждой из трех фаз при симметричной нагрузке.

В четырех проводной системе трехфазного тока нулевая линия позволяет поддерживать у потребителей, рассчитанных на фазное напряжение, одинаковые напряжения в каждой фазе.

3.6Оформите результаты измерений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением2

Контрольные вопросы:

Какое соединение однофазных потребителей электрической энергии называют звездой?

2. Во сколько раз линейное напряжение больше фазного при соединении в звезду с выведенной нулевой точкой (нулевым проводом)?

3. Какое соотношение существует между линейными и фазными токами при соединении в звезду с нулевым проводом?

4. Как определить силу тока в нулевом проводе, если известна сила тока в каждом фазном проводе?