STUDIUL RETELEI TRIFAZATE IN STEA

I. Consideratiuni teoretice

Consideram un receptor trifazat format din trei rezistente ohmice legate in stea si alimentat cu un sistem de tensiuni de linie simetric. Se numeste sistem simetric un sistem de tensiuni (sau curenti) egale in modul si avand defazaje egale intre ele cu 2π m unde m este numarul de faze. Se numeste tensiune de linie, tensiunea masurata intre doua sfarsituri de faza succesive (de exemplu, tensiunile U₁₂, U₂₃ si U₃₁ masurate intre fazele 1 si 2, 2 si 3 si 3 si 1).

Tensiunea de faza este tensiunea masurata intre inceputul si sfarsitul fazei respective. Se noteaza U_f sau simplu, U₁, U₂ si U₃.

Utilizand reprezentarea in complex (sau reprezentarea fazoriala) cele trei tensiuni de linie U₁₂, U₂₃ si U₃₁ se pot reprezenta sub forma unui triunghi echilateral asa dupa cum se vede in figura 1.

Fig. 1

In functie de modul de conectare al receptorului la retea se disting doua cazuri

a) Receptor trifazat in stea fara fir neutru

In acest caz intre curentii ce iau nastere in retea exista relatia fazo 232f54c riala

I₁ + I₂ + I₃ = 0

Alegandu se o sarcina oarecare si masurand tensiunile de faza ale receptorului cu ajutorul voltmetrelor montate pe fazele respective construim cu un compas punctul N numit punctul neutru al receptorului.

Constructia se face astfel: cu o deschidere de compas ce reprezinta la scara tensiunea U_1N (de faza masurata) se traseaza un arc de cerc cu centrul in punctul 1 (fig. 2), se procedeaza la fel cu tensiune U_2N si U_3N trasandu-se arce de cerc cu originea in punctele 2 si 3 si locul de intalnire al celor trei arce de cerc este tocmai punctul N. In figura (2) se observa ca s-a obtinut un segment NO care reprezinta tocmai tensiunea dintre neutrul receptorului si neutrul generatorului numita tensiune de nul. Aceasta tensiune se poate masura cu un voltmetru si se poate verifica cu cea obtinuta grafic. De asemenea, se poate verifica relatia (1). Tinand seama ca receptorul este pur rezistiv curentii I₁, I₂ si I₃ sunt in faza cu tensiunile de faza U_1N, U_2N si U_3N.

Fig. 2

In cazul in care receptorului este echilibrat (sarcina este echilibrata) tensiunea U_NO = 0 si deci curentii I₁, I₂ si I₃ formeaza sistem simetric. Prin urmare

I₁ = I₂ = I₃

si din triunghi se observa ca U₁₂ = U₁√3 sau U_e = U_f√3, asa cum se vede in figura (4).

b) Receptor trifazat in stea cu fir neutru

Prin montarea firului neutru tensiunea U_NO = 0 si apare un curent I₀ care circula intre receptor si generator. Intre curenti exista relatia fazoriala

I₁ + I₂ + I₃ = I₀

asa cum se vede in figura 3. (I₁ ≠ I₂ ≠ I₃).

Fig. 3

In figura 3 s-au trasat curentii I₁, I₂ si I₃ in faza cu tensiunile de faza respective deoarece receptorul este rezistiv asa dupa cum am stabilit anterior. Valoarea lui I₀ dedusa grafic se poate compara cu valoarea masurata cu un ampermetru montat pe firul neutru. Daca sarcina este echilibrata curentul I₀ = 0 si deci se va obtine diagrama din figura (4).

Fig. 4

unde I_l = I_f, adica curentii de linie sunt egali cu cei de faza.

II. Scopul lucrarii

Lucrarea are drept scop studierea unei retele trifazate, pur rezistive in stea, echilibrata si dezechilibrata, cu si fara fir neutru. De asemenea, se vor construi diagramele de fazori si valorile obtinute grafic se vor compara cu cele obtinute experimental.

III. Schema de montaj folosita

Pentru efectuarea lucrarii se va utiliza montajul de mai jos unde

Fig. 5

K intrerupator trifazat

K^' si K₀ intrerupator monofazat

A₀, A₁, A₂, A₃ ampermetru electromagnetic de c.a. de 5-10 A, clasa de precizie 0,5

V - voltmetru de c.a. feromagnetic, scara 600 V, clasa de precizie 0,5 V₀ idem, scara 240 V reglabil.

IV. Chestiuni de studiat

Folosind montajul de mai sus se vor studia:

a) Functionarea retelei date cu sarcina echilibrata cu si fara fir neutru si se va scoate in evidenta inutilitatea firului neutru.

I₁ = I₂ = I₃; I₀ = 0 si U_l = U_f√3

b) Functionarea retelei in sarcina dezechilibrata cu si fara fir neutru, astfel

I₁ ≠ I₂ ≠ I₃ (3 determinari)

I₁ = 0 I₂ ≠ I₃ (3 determinari)

I₁ = I₂ = 0; I₃ = 0 (3 determinari)

V. Modul de lucru

La inceputul fiecarei determinari intrerupatorul K₀ va fi inichis initial (cu fir neutru) si toate becurile vor fi stinse, dupa care se inchid K si K', se fac reglajele respective prin manevrarea becurilor din reostat si se deschid K₀.

Tot timpul cat se manevreaza intrerupatoarele becurilor vor fi urmarite indicatiile aparatelor din circuit.

a) Sarcina echilibrata. Se introduce pe fiecare faza cate un numar egal de becuri si se urmareste ca cele trei ampermetre sa indice aceeasi valoare, adica I₁ = I₂ = I₃ ≈ 5 A. Se observa ca indicatia lui A₀ este nula, deci I₀ = 0.

Se deschid K₀ si se observa ca U_N0 = 0 deoarece indicatia lui V₀ este nula.

Cu ajutorul voltmetrului V se masoara succesiv tensiunile de faza    U_1N, U_2N si U_3N si tensiunile de linie U₁₂, U₂₃ si U₃₁.

Datele obtinute se trec in tabel si se verifica relatia U₁ = U_f√3.

b) Sarcina dezechilibrata. Cu intrerupatoarele K, K' si K₀ inchise se dezechilibreaza reteaua introducand un numar diferit de becuri pe fiecare faza. Se vor lua valori pentru trei sarcini dezechilibrate. Dupa fiecare reglaj se deschide K₀ facandu-se citiri si pentru receptorul fara fir neutru. Cu voltmetrul V se masoara tensiunile de faza U_1N, U_2N si U_3N si cele de linie U₁₂, U₂₃ si U₃₁. De asemenea, se citeste valoarea lui I₀ cu A₀, iar dupa deschiderea lui K₀ se determina U_N0. Toate datele obtinute se trec in tabel.

VI. Indicatii suplimentare pentru intocmirea referatului

Se va observa ca in cazul sarcinii echilibrate curentii sunt egali intre ei si deci:

I₁ = I₂ = I₃ si I₀ = 0

iar intre tensiuni exista relatia:

U_f = (1 √3)U_l

Pentru sarcina dezechilibrata I₁ ≠ I₂ ≠ I₃ se va determina I₀. Eroarea respectiva se calculeaza cu relatia

ξ_I = (I'₀ I₀)100

Tensiunea U'_N0 calculata pentru sarcina dezechilibrata (I₁ ≠ I₂ ≠ I₃ ≠ 0) se va compara cu tensiunea U_N0, iar eroarea se va calcula cu relatia

ξ_U = [(U'_N0 U_N0) U_N0

Se va arata de ce atunci cand I₁ = I₀ = 0 obtinem I₂ = I₃ si de asemenea, cand I₁ = I₂ = 0 obtinem I₃ = I₀.

Diagramele de fazori se vor ridica pe hartie milimetrica alegand o scara convenabila pentru tensiune si pentru curent.

Tabel cu date experimentale si calcule

VII. Intrebari de control

1. Ce se intelege prin sistem de tensiuni simetric

2. Ce numim receptor echilibrat

3. Ce relatie exista intre curentii de linie si cei de faza in cazul unui receptor trifazat in stea

4. Ce relatie exista intre tensiunile de linie si cele de faza la montajul in stea echilibrat

5. Cum se construieste diagrama fazoriala a tensiunilor de linie in cazul unui receptor in stea, echilibrat

6. Cum se construieste diagrama fazoriala a tensiunilor de faza in cazul unui receptor in stea echilibrat

7. Care este defazajul dintre curentii de faza si tensiunile de faza pentru un receptor pur rezistiv

8. In cazul cand receptorul este dezechilibrat cu fir neutru, ce se intampla cu curentii din laturile receptorului daca se intrerupe o faza? Explicati fenomenul.

9. In cazul de mai sus ce se intampla daca se intrerup accidental doua faze? Explicati fenomenul.

10. Cum se determina cu ajutorul diagramei fazoriale tensiunea U_N0 pentru un receptor in stea dezechilibrat? Dar curentul I₀?