实验6 三相电路电压、电流及功率的测量

实验六 三相电路电压、电流与功率的测量

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U P 的3倍，线电流ＩＬ等于相电流ＩＰ，即：P L P L I I U U == ,3，流过中线的电流ＩN ＝０；作‘Δ’形联接时，线电压U L 等于相电压U P ，线电流I L 是相电流I P 的3倍，即：P L P L U I I == U ,3

不对称三相负载作‘Y’联接时，必须采用‘Y O ’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，I L ≠3I p ，但只要电源的线电压U L 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Y 0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6-1所示，三个单相功率表的读数为W 1、W 2、W 3，则三相功率P ＝W 1＋W 2＋W 3，

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，

N

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6-2所示，若两个功率表的读数为W 1、W 2，则三相功率

)cos(30)-cos(30W W 21ϕϕ+︒+︒=+=l l l l I U I U P ，

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，W 1＝W 2，即两个功率表读数相等；

②当负载功率因数0.5cos =ϕ，︒±=60ϕ，将有一个功率表的读数为零；

③当负载功率因数0.5cos 〈ϕ，︒>60ϕ，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。

（3）测量三相对称负载的无功功率

对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q ，测试电路如图6-3所示。功率表读数ϕsin W l l I U =，其中ϕ为负载的阻抗角，则三相负载的无功功率 W 3=Q 。

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

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） 实验电路如图6-4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6-1中，并记录各灯的亮度。

图18-1

N

图6-4

图19-2

图6-2

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N ˊ的电压U NN ˊ，将数据记入表6-1中，并记录各灯的亮度。

表6-1 负载星形联接实验数据

(2)三相负载三角形联接

实验电路如图6-5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6-2中，并记录各灯的亮度。

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Y 0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6-6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6-3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6-6所示，步骤

图18-2

图6-5

图19-4N

图6-6

与①相同，将数据记入表6-3中。

表6-3 三相四线制负载星形联接数据

（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6-7(a)所示，图中‘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6-4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6-4中。

表6-4三相三线制三相负载功率数据

3．设计型实验

现有60W/220V 的灯泡4个，2µF/450V 的电容1个，试设计一个三相交流电的相序指示器，要求用灯泡的亮度的差异可以判断A 、B 、C 三相电源的相序。设计该实验的电路图，说明原理，并判断实验台上电源板的相序是否正确。（注意：实验台上的线电压是380V ，灯泡的耐压是250V ，将两个灯泡串联可以提高总的耐压。不正确的设计可能会损坏灯泡！将电路图及实验方案交由指导教师审查通过后，方可允许进行实验）。

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

图19-5（a ）

（b ）（c ）

图6-7