《电工电子学》实验报告

中国石油大学（华东）现代远程教育
实验报告
课程名称：电工电子学
实验名称：三相交流电路
实验形式：在线模拟+现场实践
提交形式：在线提交实验报告
学生姓名：学号：
年级专业层次：17秋机电一体化技术
;
学习中心：山东济南明仁学习中心
提交时间： 2018 年 9 月 27 日
一、实验目的
1.学习三相交流电路中三相负载的连接。

2.了解三相四线制中线的作用。

3.掌握三相电路功率的测量方法。

二、实验原理
1. 对称三相电路中线、相电压和线、相电流的关系，三相电路中，负载的连接分为星形连接和三角形连接两种。

一般认为电源提供的是对称三相电压。

（1）星形连接的负载如图1所示：
图1 星形连接的三相电路
&
A、B、C表示电源端，N为电源的中性点（简称中点），N' 为负载的中性点。

无论是三线制或四线制，流过每一相负载的相电流恒等于与之相连的端线中的线电流：
（下标I表示线的变量，下标p表示相的变量）
在四线制情况下，中线电流等于三个线电流的相量之和，即
端线之间的电位差（即线电压）和每一相负载的相电压之间有下列关系：
当三相电路对称时，线、相电压和线、相电流都对称，中线电流等于零，而线、相电压满足：
（2）三角形连接的负载如图2所示：
其特点是相电压等于线电压：
线电流和相电流之间的关系如下：
当三相电路对称时，线、相电压和线、相电流都对称，此时线、相电流满足：
2.不对称三相电路
在三相三线制星形连接的电路中，若负载不对称，电源中点和负载中点的电
位不再相等，称为中点位移，此时负载端各相电压将不对称，电流和线电压也不
对称。

在三相四线制星形连接的电路中，如果中线的阻抗足够小，那么负载端各相电压基本对称，线电压也基本对称，从而可看出中线在负载不对称时起到了很重要的作用。

但由于负载不对称，因此电流是不对称的三相电流，这时的中线电流将不再为零。

在三角形连接的电路中，如果负载不对称，负载的线、相电压仍然对称，但线、相电流不再对称。

如果三相电路其中一相或两相开路也属于不对称情况。

3.三相负载接线原则
连接后加在每相负载上的电压应等于其额定值。

三、实验设备
1.实验电路板
2.三相交流电源
3.交流电压表或万用表
4.交流电流表
5.功率表
6.单掷刀开关
7.电流插头、插座
%
四、实验内容及步骤
1.三相负载星形联结
按图3-2接线，图中每相负载采用三只白炽灯，电源线电压为220V。

图3-2 三相负载星形联结
(1)测量三相四线制电源的线电压和相电压，记入表3-1(注意线电压和
相电压的关系)。

U UV/V U VW/V U WU/V U UN/V U VN/V.
U WN/V
219218220127127127
表3-1
(2)按表3-2内容完成各项测量，并观察实验中各白炽灯的亮度。

表中对称负载时为每相开亮三只灯；不对称负载时为U相开亮一只灯，V相开亮两只灯，W相开亮三只灯。

测量值负载情况
、
相电压
相电流中线电流中点电压U UN’/V U VN’/V U WN’/V I U/A I V/A I W/A
.
I N/A
U N’N/V
对称负载有中线124124124
!
无中线125125123
&
1
不对称负载有中线126125124
；无中线1671437850
'
表3-2
2.三相负载三角形联结
按图3-3连线。

测量功率时可用一只功率表借助电流插头和插座实现一表两用，具体接法见图3-4所示。

接好实验电路后，按表3-3内容完成各项测量，并观察实验中白炽灯的亮度。

表中对称负载和不对称负载的开灯要求与表3-2中相同。

图3-3 三相负载三角形联结
图3-4 两瓦特表法测功率
测
量值 负载情况 线电流(A)
：
相电流(A)
负载电压(V)
功率(W) I U I V I W I UV I VW I WU U UV
\
U VW
U WU
P 1
P 2
对称负载
`
213
212 215 -111 -109
不对称负载
.
220 217 216
表3-3
五、实验数据及分析
1.根据实验数据，总结对称负载星形联结时相电压和线电压之间的数值关系，以及三角形联结时相电流和线电流之间的数值关系。

(1).星形连结： $
根据表3-1，可得：星形联结情况下，不接负载时，各路之间的线电压和各分电源的相电压都分别相同，即U UV = U VW =U WU =(218+219+220)/3=219V ；U UN =U VN =U WN =127V(本次实验中这三个电压为手动调节所得)。

可以计算：219/127=≈3，即：线电压为相电压的3倍，与理论相符。

根据表3-2，可得：星形联结情况下，接对称负载时，线电压不变，仍为表3-1中的数据；而相电压在有中线都为124V ，在无中线时分别为125V 、125V 、123V ，因此可认为它们是相同的。

由此，得到的结论与上文相同，即：有中线时，219/124=≈3，线电压为相电压的3倍；无中线时，(125+125+123)/3=，219/=
≈3，线电压为相电压的3倍。

综上所述，在对称负载星形联结时，不论是否接上负载(这里指全部接上或全部不接)、是否有中线，线电压都为相电压的3倍。

(2).三角形联结
2.根据表3-2的数据，按比例画出不对称负载星形联结三相四线制(有中线)的电流向量图，并说明中线的作用。

\
3.根据表3-3的电压、电流数据计算对称、不对称负载三角形联结时的三相
总功率，并与两瓦特表法的测量数据进行比较。

根据本实验电路，可知负载电路均为电阻性，不对电流相位产生影响，因此功率因素为1，由此，可得：P= I UV ×U UV ＋I VW ×U VW ＋I WU ×U WU 因而据表3-3得：
对称负载：计算值P=；测量值P= P 1×P 2=220W ；相差/220=%
不对称负载：计算值P=；测量值P= P 1×P 2=；相差注：功率表的正负不影响功率的测量，因此将其当作正值计算。

)
通过上述计算，可见用二功率表测量法测出的功率与分别测量各负载电流电压而计算得出的功率非常接近，相差仅约1%，因此可以认为这两种方法测得的数据都是比较可靠的。

这也表明该电路中只有负载端的负载在耗能，而电路的其
不对称负载星形联结三相四线制(有中线)电流向量图如左图所示，根据I U +I V +I W =I N ，且根据对称关系三个相电流之间的夹角各为120º，因而根据几何关系画出I N 。

可见，I N 在数值的大小上和三个相电流并不成线性关系，而在角度(相位)上也没有直观的规律。

这是因为I N 是由三个互成120º的相电流合成的电流，是矢量的，与直流电路的电流有很多不同性质，因而要讲大小与方向结合计算才有意义。

中线的作用：由左图可知，在不对称负载星形联结(有中线)电路中，中线电流不为0，因而如若去掉中线必会改变电路中电流的流向，导致各相负载电压不同(即表3-2中不对称且无中线的情况)，这时部分负载可能会由于电流过大而烧毁。

因此中线起到了电路中作为各相电流的回路的作用，能够保证各相负载两端的电压相同(据表3-2也可看出)，就能够保证负载正常运行，不致损坏。

因此中线在星形联结中是至关重要的，因而在通常的生产生活中的星形联结三相电路都是有中线的。