三相电路有功功率的分析和测量

三相电路有功功率的分析与测量

【任务描述】

在三相交流电路中，用单相功率表可以组成一表法、两表法或三表法来测量三相负载的有功功率。

【实验目的】

1、熟悉单相有功功率表的结构、原理和使用方法；

2、掌握用一表法、两表法、三表法测量三相负载有功功率的方法；

3、培养电工测量中应具有的安全意识。

【实验原理】

一、一表法测量三相对称负载有功功率

无论是在三相三线制还是在三相四线制负载电路中，当三相负载对称时都可以用一只功率表来测量它的有功功率。测星形对称负载电路时接法如图1所示，功率表都接在负载的相电压和相电流上，一表的读书就是一相的有功功率，再将功率表读数乘以3就是三相总有功功率即：P=3P 1。

一表法测试三相负载有功功率

两表法测试三相负载有功功率

图1一表法测量三相对称负载有功功率

二、两表法测三相三线制有功功率

不管电压是否对称，负载是否平衡，负载电路是Δ接法还是Y 接法，都可采用两表法测量三相三线制电路的有功功率。

设负载作Y 连接，三相电路总瞬时功率为：w w v v u u w v u i u i u i u p p p p ++=++=

由基尔霍夫第一定律可得，0=++w v u i i i 将上述两式整理得：

2

1)()()(p p u i u i u u i u u i i i u i u i u p p p p vw v uw u w v v w u u v u w v v u u w v u +=+=-+-=--++=++=

结果表明，两功率表测得的瞬时功率之和等于三相总瞬时功率，因此，两表所测瞬时功率之和在一个周期内的平均值，就等于三相总瞬时功率在一个周期内的平均值，即三相负载的总功率等于两功率表的读数之和。

适用范围：对于三相三线制电路，不论负载是否对称，也不论负载是Y 接还是Δ接，都能用两表法来测量三相负载的有功功率。

测量结果：按两表法接线，三相总功率P=P 1+P 2 以星形接法为例，两表法的接线如图2所示。

W

*

*

P W1

R U R V R W

i U

i V i W

W

*

*

P W2

U

V

W

u UW

u VW

图2两表法测量三相三线制负载功率

两表法的接线应遵守下述规则：

1．两只功率表的电流线圈应串接在不同的两相线上，并将其“*”端接到电源侧，使通过电流线圈的电流为三相电路的线电流。

2.两只功率表电压线圈的“*”端应接到各自电流线圈所在的相上，而另一端共同接到没有电流线圈的第三相上，使加在电压回路的电压是电源线电压。这时两个功率表都将显示出一个读数，把两个功率表的读数加起来就是三相总功率。

三、三表法测三相四线制不对称负载的功率 适用范围：测量三相四线制不对称负载的有功功率。

测量结果：按三表接法接线，三相总功率P=P 1+P 2+P 3，即用三只单相功率表分别测出每一相负载的功率，则三相总功率P=P 1+P 2+P 3，接线方式如图3所示。

【任务实施】

一、实验设备 单向有功功率表3只； 单向开关4个； 220V ，8W 白炽灯泡。； 二、实验内容

1、有功功率表的正确接法：

图4电压线圈前接

如图4所示，由于电工仪表指针的偏转方向与两线圈中电流的方向有关，为了防止指针反转，规定了两线圈的发电机端，用符号“*”表示。功率表应按照“发电机端守则”进行接线。

“发电机端守则”的内容：是电流从电流线圈的发电机端流入，电流线圈与负载串联，保证电流电压线圈从发电机端流入，电压线圈支路与负载并联。

2、用一表法测量三相对称负载的功率 （1）按附图5连接好实验线路；

（2）将先将单相开关SW 4合上，再合上SW 1,SW 2，SW 3，用一表法测量三相对称负载的功率测量结果如下：功率表读数P 1= ，三相总功率P= 。

图5-表法测量三相功率

3、三表法测量三相不对称负载的功率 （1）按附图6连接好实验线路；

（2）先合上SW 1,SW 2，SW 3，再给电，用三表法测量其功率，测量结果如下：

图6两表法测量三相功率

4、两表法测量三相三线制负载的功率

图7三表法测量三相功率

【注意事项】

1、通电工作要经指导老师检车无误且在场的情况下进行；

2、通电工作应由两人进行，一人操作，一人监护；

3、要注意人身与带电体保持安全距离，手不得触及带电部分。

两表法和三表法都是成熟的三相功率测试方案，都有严格的科学依据：（1）两表法适合且只能用于三相三线制系统；（2）三表法只能用于三相四线制系统；（3）两表法和三表法都与三相电路（包括电源和负载）是否平衡无关；（4）三相平衡系统可采用单个功率表的方法。

【问题讨论】

用两表法测三相功率时，由于每只表的读数本身无意义，所以，即使在三相电路完全对称的情况下，两只功率表的读书也不一定相等，并且还会随负载的功率因数而变化。下面讨论两功率表读数与负载功率因数的关系：

当1cos =ϕ，5.0cos =ϕ，5.0cos ≤ϕ时三相功率应为多少？