Как видно, соединение треугольником выполняется так, чтобы конец фазы "ав" был соединен с началом фазы "вс", конец фазы "вс" соединен с началом фазы "са", конец фазы "са" соединен с началом фазы "ав". К общим точкам соединения фаз подводятся линейные провода, соединяющие генератор с нагрузкой.
При соединении нагрузки по схеме "треугольник" линейное напряжение равно фазному: Uл = Uф.
Соотношения между фазными и линейными токами устанавливаются на основании первого закона Кирхгофа из уравнений, составленных для узловых точек "а", "в", "с" нагрузки
IА= Iав - Iса
IВ = Iвс - Iав
IС = Iса - Iвс
Таким образом, линейные токи равны алгебраической сумме векторов фазных токов. При симметричной нагрузке фазные токи одинаковы и сдвинуты по фазе на 120°. Векторная диаграмма для данного случая изображена на рис.4
Рис.4
НЕСИММЕТРИЧНАЯ НАГРУЗКА ФАЗ
Если в одну из фаз включить дополнительное сопротивление параллельно имеющемуся, то есть, увеличить количество ламп, то общее сопротивление этой фазы уменьшится, а ток возрастет.
Величины токов в двух других фазах остаются неизменными, так как их сопротивления и напряжения не изменились. Векторная диаграмма, представленная на рис.5, построена для случая увеличения нагрузки в фазе "АВ".
Рис.5 Рис.6
При увеличении сопротивления одной из фаз, например, фазы "ВС", до бесконечности, что соответствует обрыву данной фазы, ток в ней равен нулю, в двух других фазах токи не изменятся, так как сопротивления в них остались как и при симметричной нагрузке.
Векторная диаграмма для данного случая изображена на Рис.6.
Лампы, включенные в фазу "ВС", не горят. В двух других фазах накал ламп такой же, каким был при симметричной нагрузке.
В случае обрыва одного из линейных проводов (например, провода, по которым протекает ток Iа), цепь трехфазного тока (рис.7) можно представить в виде однофазной с двумя параллельно включенными ветвями (рис.8)
В этом случае лампы в фазе "ВС" остались под фазным напряжением.
Векторная диаграмма имеет вид рис.9. Эти фазы оказываются соединенными последовательно под напряжение фазы Uвс.
Следовательно, напряжение Uвс делится поровну между фазами "АВ" и "СА". Активная мощность трехфазного тока при несимметричной нагрузке фаз равна сумме активных мощностей отдельных фаз:
Р = Рав + Рвс + Рса,
где: Рав = Uaв Iав cosjав
Pвс = Uвс Iвс cosjвс
Pса = Uса Iса cosjса
При симметричной нагрузке фаз Р = 3Рф = 3UфIфcosj.
А так как при соединении нагрузки треугольником
то есть, Р = Uл Iл cosjф.
Соответственно реактивная мощность Q = Uл Iл sinjф.
Полная мощность S = Uл Iл
Содержание ОТЧЕТА
1. Технические характеристики приборов и элементов, используемых в работе.
2. Схемы и таблицы.
3. Расчетные формулы и векторные диаграммы.
4. Выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Какое соединение фаз генератора или нагрузки называется треугольником?
2. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при симметричной нагрузке фаз, соединенных треугольником?
3. Как определяются линейные токи?
4. Как определяется активная, реактивная и полная мощности трехфазной цепи при различных нагрузках?
5. Каковы будут напряжения на фазах приемников энергии, если перегорит предохранитель в одном из линейных проводов?
6. Построить векторные диаграммы для всех случаев симметричной и несимметричной нагрузок фаз.
Литература
3. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.101 - 104.
4. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983,с.112 - 114.
Методические указания к лабораторной работе № 8
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.
Цель работы: изучить устройство, принцип работы однофазного счетчика, научиться включать его в сеть и производить поверку.
Теоретические сведения
Электрическая энергия равна произведению мощности электрической цепи на время:
где Р - мощность, Вт;
t - время, с.
Единица измерения электрической энергии - Вт×с. На практике применяют более крупную единицу - кВт× ч:
1кВт×ч = 1000 ×3600 = 3600000 Дж (Вт×с).
Для учета электрической энергии в цепях однофазного тока используются электрические счетчики индукционной системы типа СО. Счетчик измеряет энергию, израсходованную потребителем за определенный промежуток времени:
где u - мгновенное значение напряжения питания приемников энергии, В,
i - мгновенное значение тока, протекающий в цепи потребителя, А
p - мгновенное значение мощности потребителя, Вт
t - время, с
Следовательно, электрический счетчик - это суммирующий прибор. Все электрические счетчики по роду измерений величины подразделяются на две группы:
счетчики активной энергии
счетчики реактивной энергии.
Для учета энергии трехфазных потребителей в четырехпроводной сети применяют трех - и четырехэлементные счетчики активной энергии (СА-3, СА-4) и реактивной энергии (СР-3, СР-4). В данной работе исследуется индукционный однофазный счетчик электрической энергии типа СО-2.
УСТРОЙСТВО СЧЕТЧИКА
(см. плакат и счетчик на стенде)
На стальных сердечниках сложной формы, набранных из тонких пластин электротехнической стали, установлены две обмотки (катушки) - токовая обмотка (1) и обмотка напряжения (2).
Токовая обмотка выполнена незначительным числом витков медного провода относительно большого сечения, соответствующего номинальному току счетчика. Она включается в сеть последовательно с нагрузкой.
Обмотка напряжения имеет 8-12 тыс. витков тонкой проволоки диаметром 0,8 или 0,12 мм и включается в сеть параллельно нагрузке.
Между сердечниками установлен алюминиевый диск 3, который укреплен на оси 6 и свободно вращается в подпятниках.
Постоянный магнит 4 необходим для создания тормозного момента. На оси 5 расположена червячная передача 7, которая приводит в движение счетный механизм Все элементы счетчика укреплены на пластмассовом основании и закрываются крышкой. В нижней части основания укреплены клеммы для включения счетчика в сеть.
На лицевой стороне счетчика под стеклом установлен паспорт, в котором указываются основные данные счетчика, например
тип - СО-2
класс точности - 2,5
передаточное число К - 1200 об/ кВт*час (или другое значение, см. счетчик)
напряжение - 220 В
номинальный ток - 5А
частота тока - 50 Гц
ГОСТ
заводской номер
год выпуска.
Принцип работы счетчика
При включении катушки напряжения в сеть по ней течет ток, который вызывает в сердечнике 1 магнитный поток Ф, разделенный на две части: Фр и ФL, где Фр - рабочий поток, который пронизывает алюминиевый диск и замыкается через противополюсную скобу; ФL - магнитный поток, замыкающийся через боковые стержни сердечника и непосредственного участия в создании вращающего момента счетчика не принимающий.
При включении потребителей по токовой катушке течет ток I. Этот ток создает магнитный поток ФI, который пересекает диск в двух местах. Это обеспечивается U - образной формой магнитопровода токовой катушки.
Магнитные потоки Фр и ФI, пронизывая диск, индуктируют в нем вихревые токи.
Взаимодействие переменных магнитных потоков Фр и ФI с индуктированными ими токами создает вращающий момент, действующий на диск 3. Величина этого вращающего момента определяется величиной напряжения, под которым находится катушка 2, величиной тока нагрузки I, протекающего по токовой катушке и коэффициентом мощности cos j цепи, в которую включен счетчик
где k - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, вращающий момент, действующий на диск счетчика, пропорционален активной мощности цепи, в которую он включен. Под действием этого вращающего момента диск вращается. Установившаяся скорость вращения диска наступает при равенстве вращающего и тормозного моментов:
МВр = МТ
Тормозной момент создается постоянным магнитом 4. Скорость вращения диска пропорциональна мощности потребителя. С осью диска связан вал счетного механизма. Число оборотов вала счетного механизма зависит от мощности, времени и передаточного числа счетного механизма К. Передаточное число счетчика - это число оборотов его диска, приходящегося на 1 кВт×ч.
К= N/W= N/P*t
Энергия, потребленная из сети за время, в течение которого диск сделал Nt оборотов, будет равна:
где Wt - энергия за время t, Вт×с (кВт×ч)
P - мощность потребителя, Вт (кВт)
t - время, за которое диск сделал n оборотов, с
Nt - число оборотов диска за время t
Методика поверки счетчика
Счетчик будет точно учитывать энергию при соблюдении многих условий, которые строго выполнить практически невозможно.
Для данного счетчика допускаются следующие погрешности в зависимости от величины тока при cos j = 1:
0,1Iн - ±3,5%
0,2Iн - ±2,5%
0,5Iн - ±2,5%
1,5Iн - ±2,5%
Для поверки счетчика необходимо:
Определить номинальную постоянную счетчика
1 кВт*ч 1000*3600 Вт*с
CН = --- , ------ ; Cн = -------------, ------
К об К об
Величину К берут из паспортных данных счетчика.
Номинальная постоянная счетчика - это величина, обратная передаточному числу. Она определяет количество энергии в Вт×с, приходящееся на один оборот диска.
2. Определить действительную постоянную счетчика
где U - напряжение сети, В
I - ток потребителя, А
