实验七 三相负载的连接与功率测量

实验七三相负载的联结与功率的测量
一、实验目的
1．观察负载中性点位移现象，联结中性线的作用。

2．观察三相星形负载和三角形负载的故障情况，学习故障的分析判断。

3．三相对称负载电压、电流的测量。

4．练习使用三相调压器。

5．学习用三功率表和二功率表法测定三相电路的功率。

二、实验原理与方法
1．三相负载的星形联结
三相负载星形联结电路如图1所示。

其中图1（a）无中性线，这种联结方式的特点是各相负载的某一个端点连接在一起，另外一个端点接到电源上。

图1（b）有中性线，这种联结方式的特点是将中性线与负载共同端连接在一起。

（a）无中性线（b）有中性线
图1 三相负载Y形联结电路图
当电源对称，无论是有中性线还是无中性线的连接电路，只要三相负载对称，它们都满足以下关系
U L=3U P（线电压为相电压的3倍）
I L= I P（线电流等于相电流）
I N =I U+I V+I W =0（中性线电流相量和为零）
此时，可以省去中性线。

在电源对称，三相负载不对称情况下，只要有中性线，仍然有
U L=3U P（线电压为相电压的3倍）
I L= I P（线电流等于相电流）
但此时
I N =I U+I V+I W≠0（中性线电流相量和不为零）
此时，三相电流不对称，中性线不可省去。

若中性线断开，则U L≠3U P，I L= I P，将出现中性点位移现象，如图2所示。

各相负载电压不对称，电压过高的相会出现过载现象，电压过低的相会使负载不能正常工作。

图2 中性线断开和中性点位移
2．三相负载星形联结中线作用
星形联结有中线系统是目前供电系统中普遍采用的一种供电方式。

中线的作用能将三相负载变成三个独立回路。

所以不论负载如何变动（负载不对称），每相负载的对称电压不变，因而每相负载均能正常工作，见图3（a ）所示。

如果中性线断开，这时线电压仍然对称，但每相负载原先所承受的对称相电压被破坏，各相负载承受的电压高低不一，如图3（b ）所示。

在V 相灯未打开（断路）情况下，U 相灯是W 相灯的二倍，其等效电阻是U 相为W 相的1
2 。

所以线电压按阻值大小分压给U 、W
相负载时，U 相负载因阻值小而分得电压低于额定电压，灯光暗；W 相负载因阻值大而分得电压超过额定值，灯光过亮，严重时W 相灯泡烧毁，此时U 相灯也因回路不通而断电不发光。

图3 星形联结中线作用
3．三相负载的三角形联结
三相负载三角形联结原理图如图4所示。

这种连接方式的特点是各相负载两端点依次连接在一起，并在其连接点处接到电源上。

图4 三相负载三角形联结原理图
在电源对称、三相负载对称的情况下，三角形联结电路满足以下关系
I L =3I P （线电流为相电流的3倍）
U L =U P （线电压等于相电压）
2．三相有功功率测量
使用单相功率表测量三相电路的功率。

根据三相负载是否对称，可分别采用一功率表法，二功率表法，三功率表法。

其中，一表法适用于三相对称负载，二表法适用于三相对称或不对称负载，三表法适用于三相对称或不对称负载。

这三种测量方法适用情况见表1所示。

表1 三相功率测量方法适用范围
三、实验仪器与设备
1．三相负载灯箱 1只 2．交流电压表 1
只 3．交流电流表 1只 4．三相闸刀开关 1只 5．三相调压器 1只 6．开关 若干 7．功率表 2只 四、实验内容与步骤
1．三相对称负载星形联结
按图5接线，将三相调压器输出端调节到220V ，闭合QS 、S1、S3、S4、S5断开S2，分别测量线电压U UV 、U VW 、U WU ，相电压U UN 、U VN 、U WN ，线电流I U 、I V 、I W ，中性线电流I N 和中性点位移电压U N ′N 的数值记录于表2中。

线电流和中线电流的测量可以断开对应的开关，将电流表跨接于开关两端（串入电路）即可测量。

图5 负载星形联结实验电路
断开中性线（用断开开关S5模拟），重复测量上述数据，记录于表2中。

2．三相不对称负载星形联结
仍然按图5接线，三相调压器输出电压调节到220V ，闭合QS 、S1、S2、S3、S5，断开S4，构成三相不对称负载，有中性线连接方式。

测量相电压U U 、U V 、U W ，中性点位移电压U N ′N ，并观察三相负载灯泡的亮暗程度，记录于表2中。

表2 三相对称负载电压、电流实验数据
在三相不对称负载有中性线电路基础上，断开开关S5，成为三相不对称负载星形联结无中性线电路。

测量相电压U U 、U V 、U W ，中性线位移电压U N ′N ，并观察三相负载灯泡的亮暗程度，记录于表3中。

表3 三相不对称负载电压、电流实验数据
按图6接线，将三相调压器输出电压调到127V ，闭合开关QS 、S1、S2、S3、S4、S5、S6，断开S7。

所有灯泡应发光，分别测量线电压U UV 、U VW 、U WU ，线电流I U 、I V 、I W ，相电流I UV 、I VW 、I WU 的数值记录于表4中。

测量线电流时，可拆除熔断器中的熔丝，将电流表跨接在熔断器FU 的两端进行测量。

测量相电流时，可以断开对应的开关，将电流表跨接于开关两端（串入电路）即可测量。

图6 三相对称负载三角形联结实验电路
4．三相不对称负载三角形联结
按图6接线，闭合全部开关QS 、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

测量三相不对称负载三角形联结时线电压U UV 、U VW 、U WU ，线电流I U 、I V 、I W ，相电流I UV 、I VW 、I WU 的数值记录于表4中。

表4 负载三角形联结实验
5．三相对称负载功率测量
三相对称负载功率测量可以使用一表法、二表法和三表法。

本次实验采用一表法和二表法测量。

按图6接线，闭合开关QS 、S1、S2、S3、S4、S5、S6，断开开关S7，组成三相对称三
角形联结电路。

在此基础上断开开关S6，在S6位置上接入功率表如图7所示。

一表法测量数据记录于表5中。

在一表法测量电路基础上，拆除功率表，闭合开关S6，按图8所示连接电路。

图7 一表法测三相对称负载功率图8 二表法测三相对称负载功率
二表法测量数据记录于表5中。

4．三相不对称负载功率测量
三相不对称负载功率测量可以使用二表法和三表法。

二表法测量与三相对称负载二表法测量完全一样。

三表法是按一表法方式，分别测量三相负载的功率，然后求得总功率P=P UV+P VW+P WU。

二表法和三表法测量线路与图8和图7相同。

二表法和三表法测量数据记录于表5中。

表5 三相负载功率测量实验数据
五、注意事项
1．实验前要认真检查负载灯箱中各相负载所使用的灯泡功率是否一致，以保证负载对称。

若要求不对称负载，可利用开关接通或断开该相负载灯泡即可。

2．三相调压器引线较多，要注意正确接线，调压器中性点必须与电源中性线连接。

若没有三相调压器，也可使用三个单相调压器连接成三相调压器。

3．本实验涉及强电，注意不要碰触金属带电物体，防止电击事故。

4．在没有三相调压器情况下，也可利用三个单相调压器连接组成三相调压器。

或者不使用调压器，将两个同规格220V灯泡串联起来，组成对称三角形联结，直接接入380V交流电源。

5．二表法测量三相功率时，测量不同的负载仪表读数有几种情况：
（1）测纯电阻负载时，ϕ=0，则
P1= P2=IU cos30o
两功率表读数相同，P=2 P1（2 P2）。

（2）当负载cosϕ>0.5时
P1>0，P2>0
两功率表读数都为正，P= P1+ P2。

（3）当负载cosϕ=0.5时
P1>0，P2=0
一只功率表读数为正，另一功率表读数为零，P= P1（P2）。

（4）当负载cos <0.5时
P1>0，P2<0
一只功率表读数为正，另一功率表读数为负，P= P1- P2。

为了读数，应将读数为负的功率表右下方的转换开关由“+”转至“-”，此时读数应为负值。

六、实验报告要求
1．分析实验数据。

2．回答下列问题：
（1）什么情况下应采用有中性线的星形联结？
（2）什么是中性点位移？如何克服中性点位移？
（3）三相负载采用二表法测功率是否要求负载对称？
（4）单相功率表错误接线有哪几种？产生什么后果？。