Pracownia elektryczna
Ćwiczenie: Badanie obwodu trójfazowego gwiazdowego, pomiar mocy czynnej
Grupa : 4
Imię i nazwisko
1. Mateusz Stramka
2.
3.
4.
5.
6.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie metod pomiaru mocy czynnej ii biernej w sieci trójfazowej obciążonej odbiornikiem trójfazowym.

Wstęp:

Siecią trójfazową nazywa się linię trójprzewodową lub czteroprzewodową łączącą źródło napięcia z odbiornikiem energii elektrycznej. Napięcie w układzie trójfazowym, obciążonym symetrycznie, składa się z trzech napięć o jednakowych wartościach, przesuniętych względem siebie w fazie 1/3 okresu. Obciążeniem symetrycznym układu trójfazowego nazywa się odbiornik, który w jednakowy sposób obciąża każdą z faz, tzn. wszystkie rezystancje i reaktancje impedancji obciążenia są sobie odpowiednio równe. Przy obciążeniu symetrycznym wartości prądów i ich przesunięcia fazowe też są sobie równe.

Jednym watomierzem można zmierzyć moc czynną P₁ tylko w jednej fazie. Jeśli obciążenie każdej z faz jest jednakowe i symetryczne są napięcia zasilające, to moc całkowita P układu trójfazowego jest trzykrotnie większa:

P = 3P₁

Trzema watomierzami mierzy się na ogół moc w układzie trójfazowym czteroprzewodowym, obciążonym niesymetrycznie. Obwody prądowe watomierzy są włączone w poszczególne fazy, natomiast początki obwodów napięciowych są dołączone do poszczególnych faz, a połączenie końcowe tych obwodów tworzą sztuczny punkt neutralny, czyli tak zwane sztuczne zero. Każdy z watomierzy mierzy się więc moc tylko w jednej fazie. Moc całkowita jest równa sumie mocy wskazywanych przez watomierze:

P = P₁ + P₂ + P₃

Najczęściej stosowanym układem do pomiaru mocy czynnej w sieci trójfazowej trójprzewodowej jest tak zwany układ Arona. Obwody prądowe watomierzy włącza się w dwie fazy układu trójfazowego, natomiast końce obwodów napięciowych łączy się z fazą, do której nie są włączone obwody prądowe. Początki obwodów napięciowych i prądowych watomierzy są zwarte.

Przebieg ćwiczenia:

Układ do pomiaru mocy jednym watomierzem. Wyłącznikiem trójbiegunowym włącza się odbiornik do sieci trójfazowej. Woltomierz napięcia zmiennego, np. woltomierz elektromagnetyczny mierzy napięcie międzyprzewodowe sieci, a amperomierze elektromagnetyczne wskazują wartości prądów fazowych odbiornika. Ponadto w szereg z amperomierzem jest włączony obwód prądowy watomierza elektrodynamicznego. Obwód napięciowy watomierza jest włączony na napięcie fazowe. Koniec obwodu napięciowego łączy się z przewodem neutralnym lub bezpośrednio z punktem będącym zerem odbiornika trójfazowego połączonego w gwiazdę. W pierwszym przypadku watomierz wskazuje moc pobraną przez jedną z faz źródła, w drugim moc pobraną przez jedną z faz obciążenia wskazań odpowiada stratom mocy w przewodach i przyrządach znajdujących się miedzy źródłem a odbiornikiem.

Pomiar może być dokonany albo w odniesieniu do punktu zerowego źródła, albo punktu zerowego obciążenia. Różnica wskazań watomierzy w obu przypadkach określa stratę mocy w przewodach i przyrządach znajdujących się miedzy źródłem a odbiornikiem.

Najczęściej stosowanym układem do pomiaru mocy czynnej w sieci trójfazowej trójprzewodowej jest tak zwany układ Arona. Obwody prądowe watomierzy włącza się w dwie dowolne fazy układu trójfazowego, natomiast końce obwodów napięciowych łączy się z fazą, do której nie są włączone obwody prądowe. Początki obwodów napięciowych i prądowych watomierzy są zwarte.

Schematy i tabele:

Tabela:

U12	U1=$\frac{\mathbf{U}\mathbf{12}}{\mathbf{\sqrt{}3}}$	U’1	I1	I2	I3	Iśr	P1	S1	cosφ	Q	P=3P1	Q=3Q1
dz	V	V	dz	V	dz	A	dz	A	dz	A	A	dz
40	80	46,2	0	0	50	1	20	1	20	1	1	3

Schemat układu pomiar mocy czynnej w sieci trójfazowej obciążonej symetrycznie, z dostępnym przewodem neutralnym:

Schemat układu do pomiaru mocy czynnej w sieci trójfazowej obciążonej symetrycznie, bez dostępnego przewodu naturalnego:

Zaobserwowane zjawiska:

Pomiar mocy jednym watomierzem komplikuje się nieco, gdy układ trójfazowy jest trójprzewodowy i nie ma dostępnego punktu zerowego odbiornika. Należy wówczas stworzyć sztuczny punkt zerowy, przez połączenie w gwiazdę obwodu napięciowego watomierza z dwoma rezystorami. Wartość rezystancji obwodu napięciowego i rezystancji muszą być sobie równe. W ćwiczeniu można było zamiast rezystorów zastosować obwody napięciowe innych watomierzy włączone na ten sam zakres napięciowy, co obwód napięciowy watomierza.

Watomierze w układzie Arona mierzą poprawnie moc czynną w układach trójfazowych trój przewodowych, zarówno przy symetrycznym, jak i niesymetrycznym obciążeniu każdej z faz. Pomiar mocy jest poprawny również przy niesymetrycznym zasilaniu trójfazowego obwodu elektrycznego. Warunek poprawności pomiaru mocy dwoma watomierzami wymaga, aby suma prądów fazowych była równa zeru. Warunek ten jest spełniony w sieciach trójfazowych bez przewodu zerowego.

Pomiary mocy w układzie Arona wymagają pewnych przygotowań. Pierwszą czynnością, którą należy wykonać po połączeniu układu pomiarowego jest sprawdzenie, czy oba watomierze odchylają się w tę samą stronę. Jeśli jeden watomierz wskazuje wartość ujemną, to należy zamienić przewody na zaciskach obwodu prądowego i wskazania tego watomierza opatrzyć znakiem ujemnym, bowiem moc całego układu trójfazowego jest sumą algebraiczną wskazań obu przyrządów. Przed pomiary należy tez sprawdzić, czy wektory napięć fazowych mają lewoskrętny kierunek wirowania. Najprościej można to zrobić, obserwując wskazania watomierzy. Jeżeli przy symetrycznym obciążeniu o charakterze indukcyjnym watomierz wskazuje większą wartość niż watomierz, to kolejność faz jest prawidłowa.