ĆWICZENIE 2 Badanie obwodów trójfazowych z odbiornikiem połączonym w gwiazdę

Transkrypt

1 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych ĆWZ adanie obwodów trójowych z odbiornikiem połączonym w gwiazdę. el ćwiczenia Zapoznanie się z rozpływem prądów, rozkładem napięć i poborem mocy w obwodach trójowych: symetrycznych niesymetrycznych trójprzewodowych czteroprzewodowych Zapoznanie się ze sposobem obliczeń pomiarów wykorzystywanym w obwodach trójowych w oparciu o wykonane pomiary. Zapoznanie się z poszczególnymi typami wykresów wektorowych dla obwodów trójowych Symulacja cyfrowa odbiornika symetrycznego i niesymetrycznego w układnie i 4 przewodowym adanie zjawisk zachodzących w obwodzie w przypadku zwarć i przerw w ach odbiornika Sprawdzanie praw Kirchhoffa Obliczanie rozpływów prądów i napięć Pomiar mocy różnymi metodami, określenie współczynnika mocy obwodu trójowego. Wprowadzenie teoretyczne adany odbiornik trójowy jest utworzony z elementów R, L,, gdzie w każdej ie znajduje się połączenie dwóch lub więcej z tych elementów, (szeregowe połączenie R, RL, RL), o różnych wartościach. W przypadku, jeżeli badany jest układ z przewodem neutralnym, można zamodelować jego wartość różną od zera ( Z 0 ). W przewodzie neutralnym wystąpi wtedy prąd, i jeżeli jego impedancja Z 0, również. W układzie połączeń gwiazda gwiazda istnieje kilka wariantów obciążenia, które zostaną zrealizowane w ćwiczeniu. a. Obwód z przewodem neutralnym o wartości Z = 0 (zwarcie przewodu neutralnego) Obciążenie może być symetryczne, lub niesymetryczne. =, =, =,, = 0. =, = = + + Jeżeli obciążenie będzie symetryczne = = to = 0 Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego

2 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego ' Rys.. Obwód trójowy gwiazda-gwiazda z przewodem zerowym b. Obwód bez przewodu neutralnego = Z (przerwa) Obciążenie może być symetryczne lub niesymetryczne ' Rys.. Obwód trójowy gwiazda-gwiazda bez przewodu zerowego =, =, = = = = = = 0 apięcie obliczamy ze wzoru =

3 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych c. Obwód z przewodem neutralnym o skończonej wartości Z. Obciążenie może być symetryczne, lub niesymetryczne ' Rys.. Obwód trójowy gwiazda-gwiazda z impedancją w przewodzie zerowym =, + + = = = = = Z =, = i może być obliczone ze wzoru + + = d. Modyfikacją przedstawionych obwodów są układy ze zwarciem lub przerwą w ie, wtedy impedancja Z danej y jest równa zero (zwarcie) lub Z = (przerwa). Program komputerowy do symulacji obwodów trójowych Do badań symulacyjnych obwodów trójowych gwiazda-gwiazda użyty będzie program komputerowy dostępny na stronie WWW Laboratorium: Jest to program napisany w Javie, uruchamiany bezpośrednio z przeglądarki internetowej bez potrzeby instalacji w komputerze studenta. Do działania wymagana jest jedynie obecność darmowej maszyny wirtualnej Javy (jre). W razie braku maszyny wirtualnej na komputerze zostanie wyświetlony odpowiedni komunikat z propozycją jej pobrania i zainstalowania. Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego

4 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Rysunek 4 przedstawia główne okno programu do symulacji obwodów trójowych gwiazda-gwiazda. D Rys. 4. Główne okno programu do symulacji obwodów trójowych gwiazda-gwiazda a głównym oknie programu wyróżnić można:. Panel przycisków, w którym umieszczone są przyciski wywołujące akcje. Oblicz przycisk uruchamia obliczenia. Program oblicza wszystkie prądy i napięcia w obwodzie. Wyniki prezentowane są w postaci algebraicznej lub wykładniczej, w zależności od wyboru w pozycji 6.. Wykres wekt. przycisk służy do wykreślania wykresu wektorowego.. Wykres przycisk służy do wykreślania wykresu czasowego. Możliwe jest grupowanie wykresów dla każdej y oddzielnie bądź w sposób niestandardowy. D. Pomiar mocy wywoływany jest panel pozwalający wykonać pomiary mocy różnymi metodami.. Schemat obwodu z narysowanymi w sposób symboliczny wszystkimi elementami.. Przycisk do ustawiania parametrów źródeł na symetryczne z założeniem niezmienności wymuszenia w ie. 4. Przycisk do ustawiania parametrów odbiornika na symetryczny, powoduje ustawienie we wszystkich ach odbiornika impedancji równej impedancji y. 5. Włączenie/wyłączenie przewodu zerowego 6. Przełącznik formatu liczb zespolonych Kliknięcie na schemacie obwodu na wypisane wartości elementów pozwala na zmianę w postaci numerycznej (rysunek 5) lub graficznej przy pomocy myszy jak to pokazano na rysunku 6. Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 4

5 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Rys. 5. Panel do zmiany wartości wymuszenia wartości wpisywane są z klawiatury Rys. 6. Panel do zmiany wartości wymuszenia wartości ustawiane są przy pomocy myszy poprzez kliknięcie i przeciągnięcie końców strzałek napięć na wykresie wektorowym. Kliknięcie na wartości elementów obciążenia pozwala na wpisanie nowych wartości obciążenia każdej y w postaci impedancji zespolonej lub ustawiając wartości rezystancji, indukcyjności i pojemności, a program obliczy samodzielnie impedancję biorąc daną częstotliwość obciążenia. Pole wyboru Tylko Z w panelu edycji odbiornika decyduje o tym, czy impedancję odbiornika wprowadza się bezpośrednio w postaci zespolonej, czy też jako oddzielne wartości rezystancji, indukcyjności i pojemności wraz z częstotliwością. Wartości R, L oraz można wprowadzać w formacie "inżynierskim" - dozwolone są np. zapisy 'e' Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 5

6 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych lub '50m'. iewprowadzenie wartości R, L lub oznaczać będzie, że w danej ie nie ma danego elementu. WG: Liczby zespolone w formacie algebraicznym należy wpisywać w kolejności współczynnik i liczba j, np. 0.j lub -j. Rys. 7. Panel do zmiany wartości obciążenia Rysunek 8 przedstawia panel po naciśnięciu przycisku Oblicz. Program oblicza wszystkie wartości zespolone prądów, napięć oraz mocy. Wyniki prezentowane są w formie algebraicznej lub wykładniczej. Rys. 8. Panel z obliczonymi wartościami prądów, napięć i mocy w obwodzie Rysunek 9 przedstawia okno pojawiające się po wciśnięciu przycisku `Wykres wekt.` z wykreślonym wykresem wektorowym dla badanego obwodu. Poszczególne pola wyboru odpowiadają opisanym wektorom - aby usunąć wektor z wykresu, należy odznaczyć odpowiednie pole. Przyciski Zoom in i Zoom out odpowiednio powiększają i pomniejszają Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 6

7 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych wykres. Kursor służy do pomiaru długości wektorów. Pojedyncze kliknięcie ustawia początek układu współrzędnych kursora w żądanym punkcie. Rys. 9. Okno prezentujące wykres wektorowy Rysunek 0 przedstawia okno wykresu czasowego pojawiające się po naciśnięciu na przycisk Wykres`. Poszczególne pola wyboru odpowiadają opisanym wektorom - aby usunąć wektor z wykresu, należy odznaczyć odpowiednie pole. Z rozwijanej listy można wybrać jeden z zaprogramowanych widoków: grupowanie sygnałów według - na jednym wykresie znajdą się sygnały należące do jednej y, grupowanie sygnałów według typów - na jednym wykresie znajdą się sygnały jednakowego typu, niestandardowy - jeden wykres, na którym można wyświetlić dowolne sygnały. Kursor służy do pomiarów na osi czasu - wartości czasu odpowiadające położeniu kursora mogą być wyświetlane jako jednostki czasu (gdzie 0 jest początkiem układu współrzędnych) lub jako stopnie kątowe (0 jest początkiem układu współrzędnych) Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 7

8 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Rys. 0. Okno prezentujące wykres czasowy z grupowaniem według sygnałów Rysunek przedstawia panel do pomiaru mocy w obwodzie. Panel ten otwiera się po naciśnięciu na przycisk `Pomiar mocy`. W panelu przy użyciu listy rozwijanej należy wybrać metodę pomiaru mocy. W przypadku, gdy wybrana metoda nie jest poprawna dla danego typu obwodu, pojawi się odpowiedni komunikat i nieprawidłowo zmierzona wartość wyświetlona będzie kolorem czerwonym. Jeżeli wartość rzeczywistej mocy wydzielanej na odbiorniku różni się od mocy zmierzonej o więcej niż 0,% - wartość zmierzona wyświetlana jest również kolorem czerwonym. a) b) Rys.. Panel do pomiaru mocy w obwodzie: a) pomiar prawidłowy, b) pomiar nieprawidłowy źle dobrana metoda pomiaru Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 8

9 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych 4. Program badań Przy użyciu omówionego w instrukcji programu komputerowego należy przeprowadzić symulację obwodu trójowego gwiazda-gwiazda dla parametrów określonych przez prowadzącego. Wyniki pomiarów i obliczeń należy wpisać w tabele. Wykonać także wykresy wektorowe i czasowe.. Obciążenie symetryczne z przewodem neutralnym Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Przewód Faza R X L X Z Przewód Faza R X L X Z Przewód Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 9

10 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych. Obciążenie symetryczne bez przewodu neutralnego Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Faza R X L X Z Faza R X L X Z Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V. Obciążenie niesymetryczne z przewodem neutralnym Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele Faza R X L X Z Przewód Faza R X L X Z Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 0

11 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Przewód Faza R X L X Z Przewód Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V 4. Obciążenie niesymetryczne bez przewodu neutralnego Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Faza R X L X Z Faza R X L X Z Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego

12 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V 5. Obciążenie niesymetryczne z przewodem neutralnym - przerwa w dowolnej ie. Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Przewód Faza R X L X Z Przewód Faza R X L X Z Przewód Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego

13 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych 6. Obciążenie niesymetryczne bez przewodu neutralnego - przerwa dowolnej ie Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Faza R X L X Z Faza R X L X Z Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V 7. Obciążenie niesymetryczne bez przewodu neutralnego - zwarcie w dowolnej ie Zamodelować obwód dla trzech przykładowych wartości obciążenia i zasilania, które należy przyjąć i wpisać w tabele. Faza R X L X Z Faza R X L X Z Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego

14 Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach stalonych i ieustalonych Faza R X L X Z Wyniki pomiarów wpisać w tabelę oraz uzupełnić tabelę o obliczenia. Pomiary Obliczenia f P P P 0 0 Z Z Z P f Q f S f cosϕ V W W W V V V V Ω Ω Ω W var V 5. Opracowanie wyników a podstawie pomiarów i obliczeń dla poszczególnych przypadków odbiorników trójowych połączonych w gwiazdę, należy wykonać wykresy wektorowe wszystkich prądów i napięć, oraz dokonać bilansu mocy. W sprawozdaniu należy zamieścić własne wnioski i spostrzeżenia. 6. Literatura. S. olkowski, Teoria obwodów, WT. S. Osowski, K. Siwek, M. Śmiałek, Teoria obwodów, OWPW, Warszawa, 006. K. Mikołajuk, Podstawy analizy obwodów energoelektronicznych, PW, Warszawa, 998 Projekt jest współfinansowany ze środków nii uropejskiej w ramach uropejskiego Funduszu Społecznego 4