Составление протокола измерений

Феофилактов С.А.

Семёновых Л.В.

 

 

Лабораторная работа №4

 

ТРЁХФАЗНАЯ ЦЕПЬ,

СОЕДИНЕННАЯ ЗВЕЗДОЙ

Методические указания

к лабораторным работам по ТОЭ ч.1

 

Киров 2012

Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета.

 

УДК

 

 

Авторы: ст. преподаватель Феофилактов С.А., кафедра ЭиЭ

ст. преподаватель Семёновых Л.В., кафедра ЭиЭ

 

Феофилактов С.А., Семёновых Л.В. Трёхфазная цепь, соединенная звездой: методические указания к лабораторным работам по ТОЭ ч.1. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2011. – 16 с.

 

 

Авторская редакция

 

Подписано в печать Усл.печ.л.

Бумага офсетная

Заказ № Тираж Бесплатно

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного авторами

__________________________________________________________________

610000, г. Киров, ул. Московская, 36.

Оформление обложки, изготовление – ПРИП ВятГУ.

 

 

© Вятский государственный университет, 2011

© Феофилактов С.А., 2011

© Семёновых Л.В., 2011

 

Введение

Общие указания и правила выполнения лабораторных работ

 

Выполнение лабораторных работ – важная часть учебного процесса, преследующая цель более глубокого усвоения теоретических положений изучаемой дисциплины и приобретения навыков исследовательской работы.

Перед началом лабораторных работ студенты должны изучить правила и технику безопасности работы в лаборатории.

Для успешного проведения лабораторных занятий каждая лабораторная работа выполняется бригадой в составе 2–3 человека. Бригада обязана проделать все лабораторные работы, предусмотренные учебным планом кафедры.

До начала очередной лабораторной работы студент должен ознакомиться с соответствующими указаниями и рекомендованной литературой. Перед выполнением работы необходимо иметь заранее заготовленную форму протокола измерений. Бланк протокола измерений должен быть подготовлен каждым студентом перед лабораторной работой с использованием множительной техники или переписан от руки.

Прежде чем приступить к выполнению работы, студент должен твердо знать теоретический материал темы, к которой принадлежит данная работа, ясно представлять поставленную в работе задачу, способы ее разрешения и ожидаемые результаты.

Вся экспериментальная часть работы выполняется в полном объеме и той последовательности, как это предусмотрено данными методическими рекомендациями, под наблюдением преподавателя.

Если составляются сложные схемы, следует придерживаться определенного порядка: сначала соединяются последовательно цепи всех приборов с соответствующей аппаратурой, а затем – все параллельные цепи приборов и аппаратура, относящаяся к ним. При соединении элементов цепи и измерительных приборов рекомендуется подключать к клеммам не более двух проводников. Соединяя элементы цепи, следует обратить внимание на правильное включение генераторных зажимов приборов (фазометра, ваттметра). В работах на постоянном токе, необходимо следить за правильным включением приборов, поскольку показания их зависят от направления тока.

Во всех случаях, когда возникает сомнение в правильности полученных результатов измерений, необходимо повторить их вместе с преподавателем.

Обращение с приборами и оборудованием требует большой осторожности и внимательности. Включать напряжение для выполнения опыта можно только после проверки цепи преподавателем или лаборантом.

Описание каждой лабораторной работы в данном учебном пособии включает теоретическую часть, практическую часть и образец бланка протокола измерений.

 

Составление протокола измерений

 

Протокол измерений должен вестись с особой тщательностью, так как он является единственным документом, остающимся в распоряжении экспериментаторов. В протоколе должны отмечаться содержание соответствующего пункта лабораторной работы по программе, электрическая схема, по которой производились измерения.

Запись измерений необходимо вести карандашом в таблицах, указывая в заголовках граф таблиц наименование измеряемых величин и единицы измерения.

Ошибочные записи, промахи и сомнительные наблюдения зачеркиваются, но так, чтобы зачеркнутое можно было разобрать.

Если проведение опыта требует выполнения предварительных расчетов, то в протоколе должны быть указаны формулы, по которым они производились и числовые значения, подставленные в формулы.

Рекомендуется после выполнения каждого пункта работы производить, хотя бы ориентировочно, требуемые программой расчеты и построения. Это дает возможность установить правильность проведения опыта.

После выполнения лабораторной работы заполненный протокол утверждается у преподавателя и является неотъемлемой частью отчета о лабораторной работе. Отсутствие у студента утвержденного протокола приравнивается к прогулу. Результаты измерений предъявляются для просмотра преподавателю до разборки исследуемой цепи, затем обводятся чернилами.

Если результаты наблюдений оказываются неудовлетворительными, то опыт необходимо повторить. Удовлетворительные результаты подписываются преподавателем.

 

 

Составление отчета

 

На основании протокола измерений составляется отчет о работе, который включает все данные, занесенные в протокол наблюдений, а также все необходимые вычисления, схемы, графики и диаграммы.

Отчет по выполненной работе составляется по соответствующей форме, приведенной в каждой работе, и должен содержать титульный лист с полной информацией об авторе.

Представляя результаты в графической форме, следует пользоваться масштабами, которые давали бы возможность легко пользоваться графиком. Рекомендуется применять шкалы, масштаб которых выражается числами 1, 2 или 5, умноженными на 10n, где n – целое число. Координатные оси должны быть обозначены с указанием единиц измерения.

На графиках экспериментальных зависимостей обязательно должны быть отмечены точки кривой, полученные в результате эксперимента. На расчетных кривых точки не ставятся.

Векторные и круговые диаграммы должны быть построены в масштабе с указанием его на диаграмме. Масштаб на векторных и круговых диаграммах обозначается указанием масштабного коэффициента. Например, если на диаграмме напряжений отрезку 1 см соответствует 5 В, то следует писать m_U =5 В/см. Если на диаграмме токов отрезку 1 см соответствует 0,1 A, то следует писать m_I = 0,1 A/см.

Отчет представляется преподавателю к следующему лабораторному занятию отдельно каждым студентом. Без сдачи отчета студент не допускается к выполнению очередной работы. Кроме того, вместе с отчетами каждый студент представляет протокол измерений, подписанный ранее преподавателем.

Цель работы

 

Целью работы является экспериментальное исследование режимов работы трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой.

I Общие сведения

 

Трехфазной цепью называется совокупность трех электрических цепей (фаз), в которых действует система трех синусоидальных ЭДС одной и той же частоты, сдвинутых по фазе на определенный угол и создаваемых общим источником электрической энергии.

Симметричный трехфазный генератор образует систему трех синусоидальных ЭДС, имеющих одинаковую амплитуду и частоту, и сдвинутых относительно друг друга по фазе на треть периода или . Фазные ЭДС обозначаются . При прямой последовательности чередования фаз ЭДС фазы опережает, а ЭДС фазы отстает от ЭДС фазы на угол .

На рисунке 1.1 изображена векторная диаграмма трехфазной системы ЭДС.

 

Рисунок 1.1 Векторная диаграмма трёхфазной системы

Фазные обмотки трехфазного генератора (а так же и фазные сопротивления приемника) могут быть соединены или звездой или треугольником (рисунок 1.2).

 

Рисунок 1.2. Способы соединения фазных ЭДС

 

Три провода линии электропередачи, соединяющие генератор и приёмник, называются линейными проводами. Токи в них называются линейными, а токи в фазах приемников – фазными. Напряжение на фазной обмотке (ЭДС) генератора называется фазным, а между любыми двумя линейными проводами - линейным напряжением.

Из векторной диаграммы (рисунок 1.1) видно, что при соединении звездой:

,

а при соединении треугольником:

.

При соединении генератора и приёмника в звезду возможны два случая:

а) нейтральные точки генератора и нагрузки соединены между собой нейтральным проводом, это четырехпроводная система;

б) нейтральные точки генератора и нагрузки не соединены между собой, это трехпроводная система.

На рисунке 1.3 нейтральный провод изображён пунктиром.

 

Рисунок 1.3. Схема замещения трехфазной электрической цепи

 

В случае симметричного приёмника расчет ведется для каждой фазы отдельно, при этом ток нейтрального провода отсутствует ( ) и нейтральный провод не оказывает влияния на работу цепи.

По схеме видно, что .

При заданных сопротивлениях приёмника токи определяются по формулам:

; ; . (1.1)

На рисунке 1.4 изображена векторная диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов. Сопротивление фазы приёмника – активно-индуктивное. Ток в нейтральном проводе в этом случае равен нулю. На комплексной плоскости токи образуют симметричную систему векторов, сдвинутых относительно друг друга на .

Рисунок 1.4. Векторная диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов.

 

При несимметричной нагрузке режим работы цепи существенно зависит от наличия или отсутствия нейтрального провода:

а) при наличии нейтрального провода, если его сопротивлением можно пренебречь

Ток в нейтральном проводе:

;

На рисунке 1.5 изображена векторная диаграмма напряжений и векторная диаграмма токов для вышеописанного случая. Сопротивление фазы приёмника – активно-индуктивное;

б) при отсутствии нейтрального провода, или если его сопротивление отлично от нуля , токи рассчитываются по формулам:

; ; .

 

Векторная диаграмма изображена на рисунок 1.6.

 

Рисунок 1.5. Векторная диаграмма напряжений и токов при несимметричном режиме

 

Рисунок 1.6. Векторная диаграмма напряжений и токов при отсутствии нейтрального провода

 

Напряжение смещения нейтрали рассчитывается методом двух узлов:

.

Для измерения активной мощности в трехфазной цепи нужно учесть мощность всех трех фаз. Это можно сделать используя три ваттметра – по одному в каждой фазе.

В случае четырехпроводной симметричной трехфазной цепи достаточно измерить мощность одной фазы и результат утроить.

Для измерения активной мощности в трехпроводной схеме трехфазной цепи применяется метод двух ваттметров. Один из вариантов включения ваттметров представлен на рисунок 1.7. Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров .

 

Рисунок 1.7 – Метод двух ваттметров.

 

II Содержание и порядок выполнения работы

В лабораторной работе исследуют режимы работы трехфазной цепи с четырёхпроводной (звезда с нейтральным проводом) и трёхпроводной (звезда без нейтрального провода) схемой соединения.

Источником симметричного трехфазного напряжения является модуль ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Источник создает систему напряжений прямого следования фаз с фазным напряжением В.

Линейные токи измеряют амперметрами РА1; РА2; РА3 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ25-250 мА ( Ом). Вольтметром РV (2-15 В) из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ измеряют фазные напряжения. Для измерений в нейтральном проводе используют мультиметр РР. Активную мощность в трёхпроводной схеме трехфазной цепи измеряют ваттметром модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ.

Трехфазную нагрузку собирают из элементов блоков МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ, МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

Рисунок 2.1 – Схема исследуемой цепи.

· Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рисунке 2.1. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления Ом. Мультиметр РР в нейтрали включить в режим измерения переменного токана пределе 400 мА. Включение режима измерения переменного тока осуществляется кнопкой A=/A~. Мультиметры в режиме измерения тока имеют внутреннее сопротивление R_A = 3,7 Ом (для 400 мА) или 12,6 Ом (для 40 мА).

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.