实验4三相电路电压、电流及功率的测量(精)

实验四三相电路电压、电流的测量

一．实验目的

1、练习三相负载的星形联接和三角形联接；

2、了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；

3、了解三相四线制供电系统中，中线的作用；

4、观察线路故障时的情况；

5、学会用功率表测量三相电路功率的方法。

二．原理说明

1.三相电压、电流的测量

电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Y’形）或三角形（又称‘Δ’形）。

当三相对称负载作‘Y’形联接时，线电压ＵＬ是相电压UP的倍，线电流ＩＬ等于相电流ＩＰ，即：UL=3UP, IL=IP，流过中线的电流ＩN＝０；作‘Δ’形联接时，线电压UL等于相电压UP，线电流IL是相电流IP的3倍，即：IL=IP, UL=UP

不对称三相负载作‘Y’联接时，必须采用‘YO’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。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，负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作；对于不对称负载作‘Δ’ 联接时，IL≠3Ip，但只要电源的线电压UL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。

本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。

2．三相功率的测量

（1）三相四线制供电，负载星形联接（即Y0接法）

对于三相不对称负载，用三个单相功率表测量，测量电路如图4-1所示，三个单相功率表的读数为W1、W2、W3，则三相功率P＝W1＋W2＋W3，

这种测量方法称为三瓦特表法；对于三相

对称负载，用一个单相功率表测量即可，若功率表的读数为W ，则三相功率P＝3W，称为一瓦特表法。

（2）三相三线制供电

三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是‘Ｙ’接还是‘Δ’接，

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都可用二瓦特表法测量三相负载的有功功率。测量电路如图4-2所示，若两个功率表的读数为W1、W2，则三相功率

P=W1+W2=UlIlcos(30︒-ϕ)+UlIlcos(30︒+ϕ)，

其中ϕ为负载的阻抗角（即功率因数角），两个功率表的读数与ϕ有下列关系：①当负载为纯电阻，ϕ＝0，W1＝W2，即两个功率表读数相等；

图19-2图4-2

②当负载功率因数cosϕ=0.5，ϕ=±60︒，将有一个功率表的读数为零；

③当负载功率因数cosϕ〈0.5，>60︒，则有一个功率表的读数为负值，该功率表指针将反方向偏转，指针式功率表应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。对于数字式功率表将出现负读数。三．实验设备

1．三相交流电源 2．交流电压表、电流表

3．NEEL—17或EEL—55或MEEL—02

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四．实验内容

1．三相电压、电流的测量

（1）三相负载星形联接（三相四线制供电）

图4-3

图18-1

实验电路如图4-3所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为0V的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220Ｖ。测量线电压和相电压，并记录数据。

在用到NEEL-17组件时，两个灯炮应该串联，做不对称实验时，将第四相灯泡并到另三相灯泡的任意一相即可。

①在有中线的情况下，用高压电流取样导线测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流, 并测量各相电压，将数据记入表4-1中，并记录各灯的亮度。②在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点Nˊ的电压UNNˊ，将数据记入表4-1中，并记录各灯的亮度。

(2)三相负载三角形联接

实验电路如图4-4所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为220V。测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表4-2中，并记录各灯的亮度。

图4-4

图18-2

表4-1 负载星形联接实验数据

2．三相功率的测量

（1）三相四线制供电，测量负载星形联接（即Y0接法）的三相功率

①用一瓦特表法测定三相对称负载三相功率，实验电路如图4-5所示，线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不要超过功率表电压和电流的量程。经指导教师检查后，接通三相电源开关，将调压器的输出由0调到220V（线电压），按表4-3的要求进行测量及计算，将数据记入表中。

②用三瓦特表法测定三相不对称负载三相功率，本实验用一个功率表分别测量每相功率，实验电路如图4-5所示，步骤与①相同，将数据记入表4-3中。

（2）三相三线制供电，测量三相负载功率

①用二瓦特表法测量三相负载‘Y’连接的三相功率，实验电路如图4-6(a)所示，图中

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图19-4图4-5

‘三相灯组负载’见图(b)，经指导教师检查后，接通三相电源，调节三相调压器的输出，使线电压为220V，按表4-4的内容进行测量计算，并将数据记入表中。

②将三相灯组负载改成‘Δ’接法，如图(ｃ)所示，重复①的测量步骤，数据记入表4-4中。

（a）

图19-5图4-6

（b）（c）

五．实验注意事项

1．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，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后抓线的实验操作原则。

2．星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。 3．测量、记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，防止记错。 4．实验时，应将每相的两个灯泡串联，做不对称实验时，将第四相并到其他三相的另一相上。

5. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋钮调回零位，如改变接线，均需新开三相电源，以确保人身安全。

六．预习与思考题

1．三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？本实验为什么将三相电源线电压设定为220V？