Лабораторная работа: Исследование линейных трёхфазных электрических цепей переменного (синусоидального) тока

1 Цели работы

Лабораторная работа № 3 имеет следующие цели.

1 Закрепление изученного учебного материала по теме «Трёхфазные линейные цепи переменного тока».

2 Приобретение практических навыков исследования трёхфазных линейных электрических цепей переменного (синусоидального) тока с трёхфазным потребителем, фазы которого подключены звездой (треугольником) с помощью моделирования в среде Matlab.

3 Закрепление практических навыков построения векторных диаграмм при помощи пакета КОМПАС 3D.

2 Программа работы

2.1 Исследование трёхфазной электрической цепи синусоидального тока с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, с нейтральным проводом

2.1.1 Смоделировать трёхфазную электрическую цепь с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, с нейтральным проводом в среде Simulink (программа Matlab) (приложение А, рисунок 1).

В качестве источника использовать трёхфазный источник переменного напряжения – Three-Phase Source библиотеки Fundamental Blocks/Electrical Sources.

В качестве нагрузок на фазах потребителя использовать блоки Series RLC Load библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Добавить на наборное поле модели измерительные блоки Multimeter и Powergui.

Добавить на наборное поле блок Three-Phase V-I Measurement библиотеки Fundamental Blocks/Measurements для снятия фазных напряжений и токов.

Для измерения значений токов и напряжений на фазах потребителя, тока на нейтральном проводе и напряжения смещения добавить на наборное поле блоки Current Measurement и Voltage Measurement.

Для вычисления электрической мощности трехфазного источника использовать блок Power библиотеки Control and Measurements/Measurements.

Для вывода результатов вычисления мощности использовать блоки Display библиотеки Sinks.

В качестве заземления использовать блок Ground библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Обмотки фаз трёхфазного источника переменного напряжения Three-Phase Source соединены звездой. Сопротивлениями фаз обмоток источника в ходе лабораторной работы – пренебрегаем.

2.1.2 Исследовать полученную трёхфазную электрическую цепь, рассматривая различные режимы её работы.

2.1.2.1 При равномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при коротком замыкании фазы «a» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

2.1.2.2 При неравномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при коротком замыкании фазы «a» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

, ,

, ,

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

Для каждого исследуемого режима работы трёхфазной электрической цепи:

– получить её параметры с помощью инструмента Steady-State блока Powergui, заполнить соответствующие режимам таблицы (приложение В);

– построить векторные диаграммы для каждого рассмотренного режима работы трёхфазной электрической цепи, используя параметры, полученные экспериментальным способом;

– получить её параметры расчётным способом, применяя известные соотношения.

Заполненные таблицы, расчёты и векторные диаграммы вставить в отчёт о лабораторной работе.

2.1.3 Проанализировать выявленные закономерности, сделать и записать промежуточный вывод.

2.2 Исследование трёхфазной электрической цепи синусоидального тока с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, без нейтрального провода

2.2.1 Смоделировать трёхфазную электрическую цепь с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, без нейтрального провода в среде Simulink (программа Matlab) (приложение А, рисунок 2).

В качестве источника использовать трёхфазный источник переменного напряжения – Three-Phase Source библиотеки Fundamental Blocks/Electrical Sources.

В качестве нагрузок на фазах потребителя использовать блоки Series RLC Load библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Добавить на наборное поле модели измерительные блоки Multimeter и Powergui.

Добавить на наборное поле блок Three-Phase V-I Measurement библиотеки Fundamental Blocks/Measurements для снятия фазных напряжений и токов.

Для измерения значений токов и напряжений на фазах потребителя, тока на нейтральном проводе и напряжения смещения добавить на наборное поле блоки Current Measurement и Voltage Measurement.

Для вычисления электрической мощности трехфазного источника использовать блок Power библиотеки Control and Measurements/Measurements.

Для вывода результатов вычисления мощности использовать блоки Display библиотеки Sinks.

В качестве заземления использовать блок Ground библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Обмотки фаз трёхфазного источника переменного напряжения Three-Phase Source соединены звездой. Сопротивлениями фаз обмоток источника в ходе лабораторной работы – пренебрегаем.

2.2.2 Исследовать полученную трёхфазную электрическую цепь, рассматривая различные режимы её работы.

2.2.2.1 При равномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при коротком замыкании фазы «a» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

2.2.2.2 При неравномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при коротком замыкании фазы «a» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

, ,

, ,

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

Для каждого рассматриваемого режима работы трёхфазной электрической цепи:

– получить её параметры с помощью инструмента Steady-State блока Powergui, заполнить соответствующие режимам таблицы (приложение В);

– построить векторные диаграммы для каждого рассмотренного режима работы трёхфазной электрической цепи, используя параметры, полученные экспериментальным способом;

– получить её параметры расчётным способом, применяя известные соотношения.

Заполненные таблицы, расчёты и векторные диаграммы вставить в отчёт о лабораторной работе.

2.2.3 Проанализировать выявленные закономерности, сделать и записать промежуточный вывод.

2.3 Исследование трёхфазной электрической цепи синусоидального тока с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены треугольником.

2.3.1 Смоделировать трёхфазную электрическую цепь с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены треугольником в среде Simulink (программа Matlab) (приложение А, рисунок 3).

В качестве источника использовать трёхфазный источник переменного напряжения – Three-Phase Source библиотеки Fundamental Blocks/Electrical Sources.

В качестве нагрузок на фазах потребителя использовать блоки Series RLC Load библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Добавить на наборное поле модели измерительные блоки Multimeter и Powergui.

Добавить на наборное поле блок Three-Phase V-I Measurement библиотеки для снятия фазных напряжений и токов.

Для измерения значений токов и напряжений на фазах потребителя, тока на нейтральном проводе и напряжения смещения добавить на наборное поле блоки Current Measurement и Voltage Measurement.

Для вычисления электрической мощности трехфазного источника использовать блок Power библиотеки Control and Measurements/Measurements.

Для вывода результатов вычисления мощности использовать блоки Display библиотеки Sinks.

В качестве заземления использовать блок Ground библиотеки Fundamental Blocks/Elements.

Обмотки фаз трёхфазного источника переменного напряжения Three-Phase Source соединены звездой. Сопротивлениями фаз обмоток источника в ходе лабораторной работы – пренебрегаем.

2.3.2 Исследовать полученную трёхфазную электрическую цепь, рассматривая различные режимы её работы.

2.3.2.1 При равномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при обрыве фазы «a» потребителя;

– в аварийном режиме при обрыве фаз «a» и «b» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

2.3.2.2 При неравномерной нагрузке исследовать цепь:

– в нормальном режиме;

– в аварийном режиме при обрыве линейного провода «A-a»;

– в аварийном режиме при обрыве фазы «a» потребителя;

– в аварийном режиме при обрыве фаз «a» и «b» потребителя.

Принять мощность фаз потребителя:

, ,

, ,

Если по заданию , то реактивная мощность принимает индуктивный характер; если по заданию , то реактивная мощность принимает ёмкостный характер.

Для каждого рассматриваемого режима работы трёхфазной электрической цепи:

– получить её параметры с помощью инструмента Steady-State блока Powergui, заполнить соответствующие режимам таблицы (приложение В);

– построить векторные диаграммы для каждого рассмотренного режима работы трёхфазной электрической цепи, используя параметры, полученные экспериментальным способом;

– получить её параметры расчётным способом, применяя известные соотношения.

Заполненные таблицы, расчёты и векторные диаграммы вставить в отчёт о лабораторной работе.

2.3.3 Проанализировать выявленные закономерности, сделать и записать промежуточный вывод.

2.4 Формулирование и запись общих выводов по результатам выполненной работы

После выполнения лабораторной работы необходимо сформулировать и записать обобщенные выводы, которые можно сделать по результатам проведенных экспериментов и вычислений.

1. Трёхфазная электрическая цепь синусоидального тока с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, с нейтральным проводом

Таблица В.1 – Результаты измерений параметров трёхфазной электрической цепи с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, с нейтральным проводом

Таблица В.2 – Результаты измерений параметров трёхфазной электрической цепи с трёхфазным потребителем, фазы которого соединены звездой, с нейтральным проводом