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 10 n, 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 влияния нейтрального провода на режимы 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 9.1 изображена векторная диаграмма трехфазной системы ЭДС. Фазные обмотки трехфазного генератора (а так же и фазные сопротивления приемника) могут быть соединены или звездой или треугольником (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2.

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 9.1) 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 9.3 нейтральный провод изображён пунктиром.

Рисунок 9.3.

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:

; ; . (9.1)

На рисунке 9.4 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 9.4.

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

а) при наличии нейтрального провода, если его сопротивлением можно пренебречь токи в фазах подсчитываются по формулам (9.1),.

Ток в нейтральном проводе:

;

Рисунок 9.5.

На рисунке 9.5 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 (9.2):

; (9.2)

;

.

Векторная диаграмма изображена на рис 9.6.

Рисунок 9.6.

Напряжение смещения нейтрали рассчитывается методом двух узлов:

. (9.3)

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 рис. 9.7. Активная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме показаний ваттметров .

Рисунок 9.7 – 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 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ 25-250 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 9.8 – Схема четырёхпроводной трёхфазной цепи.

· Собрать электрическую цепь по схеме, показанной на рис. 9.8. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления Ом. Мультиметр РР в нейтрали включить в режим измерения переменного тока на 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.

Четырёхпроводная трехфазная цепь

· Включить выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и тумблеры SA1 модулей ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ и ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.

· Вольтметром РV (2-15 В) из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ измерить фазные напряжения и линейные напряжения модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Измеренные значения занести в протокол измерений. Проверить выполнения соотношений для симметричного источника.

· Симметричный режим. Измерить амперметрами РА1, РА2 и РА3 токи фаз. Вольтметром РV измерить фазные напряжения . Ток в нейтральном проводе измерить мультиметром РР. Измеренные значения напряжений, токов и значения сопротивлений фаз занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок действий применить в остальных опытах.

· При измерении напряжений обратите внимание на отличия подключения вольтметра для измерении и !

· Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивление Ом, Ом. Выполнить измерения, данные занести в табл. 1П.

· Разнохарактерная нагрузка. Заменить сопротивление R 1 в фазе A конденсатором емкостью C = 22мкФ из блока МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Выполнить измерения и занести данные табл. 1П. Восстановить симметричный режим.

· Обрыв фазы . Разорвать фазу в точке х2 на амперметре РА1. Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П.

· Восстановить симметричный режим фазы .

· Выключить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

Трёхпроводная трехфазная цепь

· Переключить мультиметр РР в нейтральном проводе на режим измерения переменного напряжения (Внимание! В этом режиме используются другие клеммы мультиметра). Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления фаз Ом.

Рисунок 9.9 – Схема трёхпроводной трёхфазной цепи.

· Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

· Включить тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

· Симметричный режим. Измерить приборами РА1, РА2 и РА3 токи фаз. Вольтметром РV (2-15 В) измерить фазные напряжения ; мультиметром РР – напряжение . Рассчитать сопротивления фаз. Измеренные значения и сопротивления фаз занести в табл. 2П. Указанный порядок действий применять в остальных режимах цепи.

· При измерении напряжений обратите внимание на отличия подключения вольтметра для измерении и !

· Ваттметром модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ определить показания Р1 при его включении в линию А, затем Р2 при включение модуля в линию С (в соответствии с рис. 9.10). Измеренные значения занести в табл. 2П. Указанный порядок измерения мощностей применить в несимметричном режиме.

Рисунок 9.10 – Схема включения измерителя фазы в фазу С.

· Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивление Ом, Ом. Выполнить измерения токов, напряжений и мощностей. Измеренные значения занести в табл. 2П. Восстановить симметричный режим цепи.

· Обрыв фазы . Разорвать фазу в точке х2 на амперметре РА1. Выполнить измерения токов и напряжений. Измеренные значения занести в табл. 2П.

· Короткое замыкание фазы. Замкнуть нагрузку фазы (соединить проводом
точки а и n). Для измерения тока короткого замыкания использовать амперметр модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Измерения остальных токов и напряжений выполнить согласно данным выше рекомендациям. Измеренные значения занести в табл. 2П.

· Выключить тумблер SA1 модуля питания.

· Восстановить симметричный режим работы цепи.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: