Politechnika Lubelska w Lublinie.

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki.

Ćwiczenie nr 8.

Imię i nazwisko:.

Rok akademicki:

Temat ćwiczenia: Podstawowe pojęcia w układach trójfazowych.

1.Wstęp:

Układ trójfazowy nazywamy symetrycznym jeśli spełnia warunki:
-- amplituda napięcia źródłowego dla każdej fazy jest taka sama
-- impedancja wewnętrzna źródła napięcia każdej fazy jest taka sama
-- faza początkowa napięcia źródłowego pierwszej fazy jest zerem, n-tej fazy jest ujemna i wynosi
-(n-1)2π/3

Źródła napięć trójfazowych na ogół łączymy w:
a) gwiazdę
b) trójkąt

Poszczególne połączenia przedstawiono na rysunkach A i B.

Rys A . Połączenie generatora trójfazowego w gwiazdę.

Rys B . Połączenie generatora trójfazowego w trójkąt.

W rozpatrywanym generatorze mają postać:

Uzwojenia generatora, w którym powstaje napięcie w układzie trójfazowym nazywa się fazami generatora. Fazą odbiornika trójfazowego nazywa się tę jego część w której płynie ten sam prąd. Obwód trójfazowy jest to połączenie generatora napięć trójfazowych i odbiornika za pomocą przewodów łączących (w przypadku układu połączonego w gwiazdę są to 4 przewody a -w trójkąt są to 3 przewody).Przy połączeniu generatora w gwiazdę początki lub końce uzwojeń połączone są w jednym punkcie zwanym punktem zerowym lub neutralnym. Jeśli odbiornik jest również połączony w gwiazdę oraz punkty zerowe połączone są przewodem, to przewód ten nazywamy zerowym . Napięcie między dwoma dowolnymi przewodami fazowymi nazywa się napięciem międzyfazowym, a napięcie między jednym z przewodów fazowych punktem (lub przewodem) zerowym nazywa się napięciem fazowym .

Zależności wiążące napięcia fazowe i międzyfazowe:

Moduły napięć międzyfazowych są razy większe od modułów napięć fazowych, ponadto napięcia międzyfazowe wyprzedzają o 30° odpowiednie napięcia fazowe .Prądy płynące przez poszczególne uzwojenia źródła nazywa się prądami fazowymi źródła, prądy płynące w przewodach, które łączą źródło z odbiornikiem nazywa się prądami przewodowymi. Przy połączeniu w gwiazdę prądy fazowe źródła są równe prądom przewodowym .

Gdy generator połączony jest w trójkąt to kolejno połączone są: koniec jednej fazy z początkiem następnej. Napięcia międzyfazowe przy połączeniu w trójkąt są równe odpowiednim napięciom fazowym.

Zależności wiążące przewodowe i fazowe źródła:

W symetrycznym obwodzie trójfazowym z generatorem połączonym w trójkąt wartości skuteczne prądów przewodowych są raza większe od prądów fazowych źródła i są przesunięte w fazie w stosunku do nich o kąt -30° .

Wykonanie ćwiczenia.

A Oznaczenie początków i końców uzwojeń transformatora trójfazowego.

Ustalamy początki i końce uzwojeń w układzie przedstawionym na rysunku nr 1.

A X B Y C Z

a x b y c z

Rys.1 Transformator trójfazowy

Wyniki pomiarów napięć między poszczególnymi fazami zestawione są w tabeli nr 1.

Tabela nr 1.

Zaciski	Napięcie między zaciskami [V]
a - x	130
b - y	130
c - z	130
pozostałe możliwości	0

Na podstawie pomiarów zawartych w tablicy nr 1 wynika, że uzwojenia znajdują się między zaciskami: a - x ; b - y ; c - z

B Sprawdzenie różnych układów połączeń.

Zestawiamy kolejno obwody według rysunku nr 2.

a) b) c) d) e)

Rys. 2 Układy połączeń uzwojeń.

Układ ten został przeanalizowany w punkcie A. Układ ten nie jest połączony ani w gwiazdę ani trójkąt .Napięcia między zaciskami a - x , b - y , c - z wynosi 130 V natomiast między pozostałymi uzwojeniami wynosi 0 V. Uzwojenia nie są ze sobą połączone. Napięcia między poszczególnymi zaciskami uzwojeń są przesunięte o 120° względem siebie, zakładamy, że przesuniecie napięcia między a - x wynosi 0°.

Wykres wskazowy.

U_{a x} U_{b y} U_{c z}

b)Układ przedstawiony na rysunku 2b jest to układ połączony w gwiazdę. W układzie tym napięcia fazowe wynoszą 130 V (w ćwiczeniu są to napięcia między zaciskami a - 0 , b - 0 , c - 0, zacisk 0 to połączenie zacisków x , y , z ).Pozostałe napięcia (napięcia międzyfazowe ) wynoszą 230 V. Napięcia fazowe są przesunięte względem siebie o 120° a napięcia międzyfazowe są różnicą odpowiednich napięć fazowych:

Wykres wskazowy

W podobny sposób tworzymy pozostałe wykresy zawierające napięcia międzyfazowe. Z prostych zależności wynika, że napięcia międzyfazowe są razy większe od napięć fazowych.

c) Układ przedstawiony na rysunku 2c przedstawia jedna z możliwości połączenia uzwojeń transformatora trójfazowego. Wyniki pomiarów napięć na poszczególnych zaciskach zestawione zostały w tablicy.

Zaciski	Napięcie zmierzone na danych zaciskach [V]
a - xbz	130
y - xby	130
c - xby	130
a - y	130
a - c	230
y - c	130

Wykres wskazowy.

d)Woltomierz przyłączony do obwodu jak na rysunku 2d nie wykazuje istnienia siły elektromotorycznej.

Wykres wskazowy.

e)Woltomierz przyłączony jak na rysunku 2e wskazuje napięcie 265 V.

Wykres wskazowy.

C Sprawdzenie zależności miedzy napięciami międzyfazowymi i fazowymi (dla połączenia w gwiazdę ).

Na podstawie wyników pomiarów i wykresów wskazowych zawartych w podpunkcie b) można wykazać prawdziwość zależności: .

D Wyszukiwanie zacisków fazowych .

Do tabliczki czterozaciskowej przyłączamy przewody fazowe i zerowy .Zaciski tabliczki oznaczamy:
1 przewód zerowy
2 zacisk a transformatora trójfazowego
3 zacisk b transformatora trójfazowego
4 zacisk c transformatora trójfazowego .

Następnie dokonujemy pomiarów napięć według tablicy 8.1 (skrypt)

Woltomierz przyłączony do zacisków	Napięcia zmierzone w woltach
1 - 2	130
1 - 3	130
1 - 4	130
2 - 3	230
2 - 4	230
3 - 4	230

Napięcie między przewodem zerowym a przewodami fazowymi jest stałe i jest razy mniejsze od napięć międzyfazowych .W naszym przypadku przewodami fazowymi są przewody przyłączone do zacisków płytki o numerach 2, 3, 4 (czyli przewody przyłączone do zacisków a, b, c transformatora trójfazowego ).

E Wskaźnik kolejności faz z wirującą tarczą .

Może nim być mały trójfazowy indukcyjny silnik .Wskaźnik posiada trzy zaciski oznaczone literami R,S,T (lub A,B,C, lub 1,2,3), do których dołączone są początki trzech cewek. Nad cewkami umieszczona jest tarcza (lub bębenek) wirująca, na której pokazano kierunek wirowania. Jeżeli tarcza wiruje w kierunku oznaczonym strzałką, to przewody można oznaczyć tak, jak są oznaczone zaciski wskaźnika. Jeżeli tarcza wiruje w kierunku przeciwnym to jeden z przewodów oznaczymy tak, jak zacisk wskaźnika, a dwa pozostałe odwrotnie, niż są oznaczone zaciski wskaźnika.

Na podstawie pomiarów wskaźnikiem z wirującą tarczą napięcia na zaciskach:
a - 0 to napięcie fazowe A ( lub R)
b - 0 to napięcie fazowe B ( lub S)
c - 0 to napięcie fazowe C (lub T)

F Układy R,R,L i R,R,C jako wskaźniki kolejności faz.

Układy R,R,L i R,R,C będą wskaźnikami kolejności faz przedstawione są na rysunkach .

Rys 3 Układ R,R,L Rys 4 Układ R,R,C

Układ R,R,L stanowi odbiornik trójfazowy połączony w gwiazdę i składający się z dwóch jednakowych żarówek i elementu indukcyjnego . Gdy do układu przyłączymy napięcie trójfazowe to zauważymy, że intensywność świecenia żarówek nie jest taka sama i zależy od kolejności przyłączenia faz napięcia zasilającego .W przypadku połączenia jak na rysunku nr 4 żarówka Ż1 świeci intensywniej gdy dołączono do niej przewód trzeciej fazy ( u nas jest to przewód połączony z zaciskiem c transformatora). W przypadku odwrotnego połączenia (przewód dołączony do zacisku c przyłączamy do żarówki Ż2 ) intensywniej świeci żarówka Ż2 .W pełni ten fakt potwierdzają wyniki pomiarów prądów przepływających przez elementy zebrane w tablicy.

Elementy obwodu	Prąd przepływający przez dany element [A]	Intensywność świecenia żarówek
A Do żarówki Ż1 dołączono przewód przyłączony do zacisku c transformatora trójfazowego
indukcyjność L	0,13
żarówka Ż1	0,11	intensywne światło
żarówka Ż2	0,05	słabe światło
B Do żarówki Ż2 dołączono przewód przyłączony do zacisku c transformatora trójfazowego
indukcyjność L	0,13
żarówka Ż1	0,06	słabe światło
żarówka Ż2	0,11	intensywne światło

Sytuacja A opisuje układ dołączony w fazie zgodnej z oznaczeniami na układzie pomiarowym( rys 3), a sytuacja B gdy przewody fazowe są dołączone w fazach przeciwnych.

Układ R,R,C stanowi odbiornik trójfazowy połączony w gwiazdę i składający się z dwóch jednakowych żarówek i kondensatora. Układ ten, podobnie jak poprzedni układ, reaguje na zmianie kolejności faz źródła napięć zasilających, żarówki świecą odwrotnie w stosunku do żarówek w układzie R,R,L, tzn. że gdy układ jest w zgodnej kolejności faz to intensywnie świeci żarówka Ż1 a przygasa żarówka Ż2. W przypadku przeciwnej kolejności faz intensywnie świeci żarówka Ż2 a przygasa Ż1.

Fakt ten ma odzwierciedlenie w wynikach pomiarów prądów przepływających przez poszczególne elementy obwodu. Wyniki tych pomiarów są zebrane w tabeli.

Elementy obwodu	Prąd przepływający przez dany element [A]	Intensywność świecenia żarówek
A Do żarówki Ż1 dołączono przewód przyłączony do zacisku c transformatora trójfazowego
kondensator C	0,18
żarówka Ż1	0,11	intensywne światło
żarówka Ż2	0,09	słabe światło
B Do żarówki Ż2 dołączono przewód przyłączony do zacisku c transformatora trójfazowego
kondensator C	0,18
żarówka Ż1	0,09	słabe światło
żarówka Ż2	0,11	intensywne światło

Sytuacja A odpowiada układowi zgodnej kolejności a - B układowi w przeciwnej kolejności faz.

G Metoda watomierza .

Dokonujemy pomiary w oparciu o obwód przedstawiony na rysunku nr 5:

Rys Układ wykorzystywany w metodzie watomierza.

Jeden z zacisków Oznaczamy literą ( np. A) i między ten zacisk a zerowy włączamy dławik i cewkę prądową watomierza. Przy włączaniu cewki napięciowej włączonej na napięcie (U_A) watomierz wychyli się w prawo . Przełączamy cewkę napięciową na inne napięcie fazowe i obserwujemy wskazania watomierza . Wychylenie wskazówki w prawo informuje, że cewka napięciowa została włączona na napięcie (U_B).Watomierz wychyli się w lewo przy włączaniu cewki napięciowej na napięcie (U_C) . Przy pomiarach obwód musi spełniać warunek:°.

Zestawienie pomiarów metodą watomierza.

Cewka prądowa połączona z zaciskiem:	Odczyt z watomierza [W]
a	1
b	12
c	-13

Na podstawie wyników pomiarów zawartych w tabeli, napięcie między zaciskami:
a - 0 to pierwsze napięcie fazowe (U_A)
b - 0 to drugie napięcie fazowe (U_B)
c - 0 to trzecie napięcie fazowe (U_A)

---