四个电工学实验(水院)

实验一三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1.学会三相负载的星形和三角形的连接方法；
2.熟悉并掌握两种接法的特点，即负载的线电压和相电压，线电流和相电流的关系；
3.观察分析并充分理解三相四线制中，负载对称和不对称时中线的作用。

二、实验原理
1、本实验采用的是三相四线制星形连接的三相对称电源，可为负载提供两种电源电压，即线电压Ｕ线=380V和相电压U相=220V的两种。

2、三相负载方式有两种：星形（又称“Y”接法）或三角形（又称“△”接法）。

当三相
对称负载作Y形联结时，线电压Ｕ线是相电压U相的3倍。

线电流I线等于相电流I相，即：
Ｕ线=3U相
I线=I相
在这种情况下：流过中线的电流I=0，所以可以省去中线。

3、当对称三相负载作△形联结时，不对称三相负载作Y形联结时，必须采用三相四线制
接法，即Y接法。

而且中线必须牢固连接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的相电压又过低，使负载不能正常工作。

尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y接法。

4、当不对称负载作△形联结时，I线≠I相,但只要电源的线电压U对称,加在三相负载上
的电压仍是对称的,对各相负载工作没有影响.
三、实验设备
三相灯负载交流电流表 .交流电压表.三相调压器单元
四、实验内容
1、三相负载星形联结
○1将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）；
○2按图1线路组接实验电路。

即三相灯组负载经三相自偶调压器接通三相对称电源。

经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为380V；
○3按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压（电源与负载中点间的电压）、线电流（等于相电流）、中线电流；
○4将所测得的数据记入表1中，并观察个相灯组亮暗的变化程度特别要注意观察中线的作用。

2、负载三角形联结○1将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）；
○2按图2改接线路，经指导老师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V；
○3并按表2的实验内容进行测试，分别测量三相负载的线电压（等于相电压）、线电流、相电流。

图2
五、实验注意事项
1、本实验采用三相交流市电，线电压为380V，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

2、每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验原则。

3、星形负载作短路实验时，必须先断开中线，以免发生短路事故。

4、为避免烧坏灯泡，在做Y接法不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压＜240V为宜。

六、预习思考题
1、三相负载根据什么条件作星形或三角形连联结?
2、复习三相交流电路有关内容，试分析三相星形联结不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又将如何？
3、本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用？
七、实验报告
1、用实验测得的数据验证对称三相电路的3关系。

2、用实验数据和观察到现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。

3、不对称三角联结的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？
4、根据不对称负载联结时的像电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。

5、心得体会及其他。

表1.星形连接
5
实验二 三相电路功率的测量
一、实验目的
1．学习用一表法测三相电路功率的方法； 2．学习用二表法测三相电路功率的方法。

二、实验原理
工业生产和科学实验中经常碰到要测量三相电路中有功率和无功率的问题、测量的方法很多，根据供电线路形式与负载情况常用一瓦表法与二瓦表法进行测量。

1．单相功率表的基本原理
在测量交流电路中的负载所消耗的功率时，其读数P 为：ϕ=cos UI P 。

其中，U 为功率表电压线圈所跨接的电压；I 为流过功率表电流线圈的电流；ϕ为∙
∙I U 和之间的相位差角。

原理图如图1。

图1 原理图
2．三相功率的表的基本原理
在三相电路里，负载吸收的平均功率都等于它们各相平均功率之和，即：
W W W V V V U U U W V U I U I U I U P P P P ϕϕϕcos cos cos ++=++=
在对称三相电路里，负载吸收的功率为：
ϕ=ϕ=cos 3cos 3线线相相I U I U P
3．三相功率测量的三瓦计法基本原理
三相四线制电路中负载所消耗的总功率需用三只功率表分别测U 、V 、W 、各相负载的功率，然后相加即：W V U P P P P ++=。

这种测量方法称为三瓦计法。

如图2。

U V W N
若三相负载对称，则每相负载消耗的功率相同，这时只需用一只功率表测量任一相的功率，将其读数乘以3即为三相电路的总功率。

如图3。

U V W N
4．三相功率的二瓦计法基本原理
三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相功率（不论对称与否），又称二瓦计法。

如图4。

三相负载所消耗的总功率P 为两只功率表读数的代数和，即：
W V U V VW U UW P P P I U I U P P P ++=+=+=2121cos cos ϕϕ
式中1P 、2P 分别表示两只功率表的读数。

利用瞬时表达式不难推出上述结论。

当负载对称时，两只功率表分别为：
)30cos(
cos 1UW 1ϕϕ-︒==U UW U I U I U P )30cos(cos 22ϕϕ+︒==V VW V VW I U I U P
5．二瓦计法的使用注意事项
在三相三线制电路中，通常用二瓦计法测量三相功率，但应注意下列问题：
1．二瓦计法适用于对称或不对称的三相三线制，而对于三相四线制电路一般不适用。

2．图4只是二瓦计法的一种接线方式，而一般接线原则为：
（1）两只功率表的电流线圈分别串接入任意两相火线，电流线圈发电机端（对应端）必须接在电源侧；
（2）两只功率表的电压线圈的发电机端必须各自接到电流线圈的发电机端，而两只功率表的电压线圈的非发电机端必须同时接到没有接入功率表电流线圈的第三相火线上。

3．在对称三相电路中，两只功率表的读数与负载的功率因数有如下的关系： （1）负载为纯电阻（功率因数为1）时，两只功率表的读数相等； （2）负载的功率因数大于0.5时，两只功率表读数均为正； （3）负载的功率因数等于0.5时，某只功率表读数为零；
（4）负载的功率因数小于0.5时，某只功率表的指针会反向偏转。

为了读数应该把功率表电流线圈（即电压线圈支路）的两上端钮接线互换，使指针正向偏转，但是读数应该取为
U V 图4二瓦计法
负值。

6．二瓦计法测量无功功率及ϕ
在对称三相电路中，可以用二瓦计法测得的读数1P 和2P 来求出负载的无功功率Q 和负载的功率因数角ϕ，其关系式为：
，
也可以用一只功率表来测量。

将功率表的电流线圈接于作一相火线，而电压线圈跨接到另外两相火线之间。

如图5。

U V W
图5 对称三相电路的一瓦计法
则有：23P Q =，2P 是功率表的读数。

当负载为感性时，功率表读数为正；负载为容性时，功率表读数为负。

三、实验设备
三相灯负载 交流电流表 .交流电压表 .三相调压器单元 功率表
四、实验内容
（1） 将三相灯负载按或Y 形连接，以一瓦特表测三相总功率，接线图如图6。

功率表读数为P 1，，三相总功率P=3×P 1
（2） 将三相灯负载改按成电容负载，重新上述实验。

（3） 以上实验均需测量对称及不对称负载两组情况。

（4） 以两瓦特计法重复上述三项实验。

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=21213P P P P arctg ϕ)
(321P P Q -=
U V W N
图6 一表法测功率
用二瓦表法测对称与不对称电阻性负载，按图7接线。

U
’
V
W
图7 二瓦计法测对称负载
此实验设备只有一个功率表，请同学们自行设计电路，分两次测量P1和P2。

按图8接线，电阻负载两端依次并接相同容量的电容，用二表法测负载吸收的有功功率。

U
’
V
W
图8 二瓦计法测不对称负载
此实验设备只有一个功率表，请同学们自行设计电路，分两次测量P1和P2。

五、注意事项
1．本次实验U线=220V，U相=127V；
2．换线路必须先按“停止键”断电，按“启动键”通电，不再动调压器；
3．本实验采用三相交流市电，线电压为380V，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生；
4．每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验原则。

六、实验数据记录
表1.
图1
实验三 荧光灯功率因数提高实验
一、实验目的
1、掌握日光灯电路的工作原理和接线方法；
2、通过实验了解功率因数提高的方法和意义；
3、学会功率表的使用。

二、实验原理 1、日光灯电路原理：
日光灯电路如图1所示。

由荧光灯管A ，镇流器L （带铁心电感线圈），启动器S 三部分组成荧光灯。

灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管，管内充有少量水银蒸气和惰性气体，
灯管两端装有灯丝电极。

镇流器为一个铁芯线圈，可以认为是一个电感很大的感性负载。

镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在荧光灯正常工作时，起限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来。

启辉器是一个充有氖气的玻璃
泡，并有两个电极（双金属片和定片）。

灯管工作时，
可以认为是一个电阻负载。

镇流器、启辉器二者串联成一个RL 串联电路。

当接通电源后，启辉器内双金属片与定片之间的气隙被击穿，连续发生火花，使双金属片受热伸张而与定片接触，于是灯管的灯丝接通。

灯丝遇热后发射电子，这时双金属片逐渐冷却而与定片分开，镇流器线圈因灯丝电路突然断开而感应出很高的感应电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生光放电而发光。

这时，启辉器停止工作。

电源电压大部分降在镇流器上，镇流器起降压限流作用，30W 或40W 的灯管点燃后的管压降仅100V 左右。

2、功率补偿的原理：
由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。

负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。

为了提高功率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。

在荧光灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加
图
2
时，电容支路电流Ic 也随之增大，因Ic 导前电压90°，可以抵消电流Ic 的一部分无功分量，结果总电流I 逐
渐减少，但如果电容器C 增加过多
（过补偿），总电流又增大。

所以并联电容应有一个适当的数值（实验电路见图2）。

为了测量荧光灯的功率值，可在电路中接入功率表，一般功率表都是多量程的，使用时要注意选用合适的量程。

功率表的接线如图3所示，图中电流回路引出接线柱应与负载串联连接，电压回路引出端则与负载并联。

其中标有*号，称同名端，接线时应将这两端联在一起，这样联接时当功率表指针正偏转或有正读数时，则表示电源向负载传送功率。

就整个日光灯电路来讲，电路所消耗的功率为：ϕcos UI P =
ϕcos 为电路的功率因数。

上式又可以写成：UI
P
=
ϕcos 因此，测出电路的电压、电流和功率的数值后，即可求得电路的功率因数
ϕcos 的值。

三、实验设备
交流电流表、交流电压表、功率表、荧光灯照明及试验组件、三相调压器单元。

四、实验步骤及数据测量分析
将输入电源220V 接通，并保持恒定。

逐步调节并联电容记入表1中。

1、荧光灯及可变电容按图2所示电路连接，再将功率表接入线路，功率表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。

一般可选择功率表的适当的电压量程和电流表量程，且
还应将电压线圈和电流线圈的同名端接在一起后接向电源侧。

按图接线经检查无误后，方可合上主回路电源。

注意安全，千万别用手触摸导电部分。

2、改变可变电容箱的电容值，用交流电压表测总电压U、镇流器两端电压U L及灯管两端电压U A，用交流电流表测总电流I，灯管支路电流I G及电容支电流I C，并用功率表的250V 档的电压量程及0.5A的电流量程测量功率P。

3、按表格中所定电容值逐渐加大电容C的值，记录各电容值下的U、U L、U A、I C、I G 及P记入表中。

注意功率表的读数及U A、U G的数值有否改变，为什么？
4、绘出I=f（c）的曲线，并分析讨论。

六、实验注意事项
1、正确使用仪表，注意仪表的量程。

2、镇流器不能短路，否则将导致灯管损坏。

3、安全用电，接通电源后，切勿接触金属裸露部分。

4、实验线路连接完毕后，须经老师检查同意后才能实验。

七、实验报告要求
1、完成上述数据测试并列表记录。

2、绘出总电流I=f（c）曲线，并讨论分析。

3、说明功率因数提高的意义？
实验四、三相异步电动机的检查和启动
一、实验目的
1、熟悉三相异步电动机的结构和额定值；
2、学习异步电动机绝缘情况的方法；
3、学习判别异步电动机定子绕组各出线头的首尾；
4、掌握电动机启动和反转的方法。

二、仪器设备
调压器单元、三相异步电动机、万用电表
三、实验原理及内容
1、实验前的检查
（1）异步电动机的名牌数据。

（3）用手转电机转子，观察转子转动是否正常。

（4）判断电动机定子绕组各出线头的首尾，并记录：
[方法]:（a）先用万用表的电阻档将六个线头分出为三对，每对即是同一绕组。

（b）极性实验即测定各相绕组的首尾。

先将三相绕组接成星形，在A.B两相绕组接入直流，如果A.B两相绕组的极性相同，则这两绕组的合成磁通不穿过C相绕组，当开关K闭合或断开时，C相绕组中无感应电动势，万用表无指示，如图1，如果A相接反了，A.B两相绕组产生的合成磁通将穿过C相绕组，因此，在K闭合或打开时，C相绕组中由于磁通突然变化，就会感应出电势，万用表就会有指示，如图2。

利用上述方法测定A.B两相的相对极性，也就是确定A.B两相绕组的首尾，然后用同样
图1 图2
的方法确定B.C两相的相对极性，这样三相绕组的首端和尾端就都确定了。

2、直接起动实验：并记录起动电流，计算出启动电流是额定电流的多少倍。

3、Y—Δ起动实验：电动机在正常情况下是三角形联接的，如果则在起动时接成星形，这样，电流就会减小。

实际上，由于电压降低时，激磁电流减小得很多，所以启动电流还要小些，实验时记录启动电流。

4、反转：只要将三相电源中的任意两相的位置对调一下，电机就可以反转运行了。

5、观察单相起动及单相运行的现象。

四、注意事项
1、在做电机反转时，必须待电机转动停止后，才能做另一方向的转动。

观察单相起动及单相运行都不能持续时间太久，以免烧坏电机。

2、本实验要使电流表的量程足够大，才不会损坏电流表。

五、讨论题
1、若电源线电压为380V，而电动机铭牌上额定电压为380/220V，是否可以用Y—Δ启动
呢？为什么？
2、三角形联接的电动机，如果将一相绕组的开始端和末端对调联接，有何后果？
3、一台三相电动机有三个绕组，即有三个首端和三个末端，现将三个尾端改为三个首端，
三个首端改为三个末端，接上电源有危险吗？允许这样做吗？为什么？。