电工学 实验2 三相正弦交流电路的研究

3I P ；负载不
对称时，上述电流关系不成立。 3. 三相功率的测量：根据电动式功率表的基本原理，在测量交流电路中 负载上的功率时，其读数 P 决定于
P UI cos
式中：U 为加在功率表电压线圈上电压的有效值，I 为流过功率表电流线 圈的电流有效值，
为 u、i 之间相位差。
若测量三相负载所消耗的总功率 P，可用功率表分别测量出每一相的功 率，然后求其和，即
扩展实验任务
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1．三相电源相序的判断 三相电源的相序 A、B、C 是 C 相对的，表明了三相正弦交流电 压依次达到最大值的顺序，其中 R2 R1 任何一相均可作为 A 项，该相确 定后，B 相和 C 相也就确定了。 判断三相电源的相序可以 采用图 4.3 所示的相序指示器电 图 4.3 相序指示器电路 路，它是由一个电容和两个瓦数 相同的白炽灯连接成星形不对 称三相电路。假定电容器所接的是 A 相，则灯光较亮的一相是 B 相，灯 光较暗的一相是 C 相。
六、实验内容与步骤
基本实验任务 1．测量三相四线制电源的相、线电压，将测试结果填入表 4.1 中。
表 4.1
项目 380V 电源 UAB UBC
三相电源数据记录
UCA UA UB UC
2．负载星形联接
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（1）将灯泡负载作对称星形联接，按图 4.4 接好线路，检查无误后 S
UP
UL 3
， IL IP
无中线时，只有对称负载上述关系才成立。若不对称负载又无中线时， 上述电压关系不成立，即：每相负载上的负载相电压不对称，因此负载 做星形连接时中线不能任意断开。 (2) 三相负载的三角形联接： 负载作三角形联接时， 不论负载是否对 称，总满足 UL=UP。负载对称时电路中的电流满足 I L
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三相正弦交流电路的研究
需 2 课时
教 学 目 的 要 求
1．掌握三相负载作星形连接、三角形连接的方法。 2． 通过实验验证三相电路中相电压与线电压、 相电流与线电流的关系。 3．理解三相四线制电路中中线的作用。 4．熟练掌握功率表的接线和使用方法。 5．学习应用三表法和两表法测量三相电路的有功功率。 6. 学习相序的测量方法 通过实验验证三相电路中相电压与线电压、相电流与线电流的关系 理解三相四线制电路中中线的作用。 教案编写日期 学习应用三表法和两表法测量三相电路的有功功率 年 月 日
1．本实验采用三相交流电源，实验时应注意人身安全，不可触及导 电部分，防止意外事故发生。 2．每次接线完成，确认无误后方可接通电源，实验中必须严格遵守 先接线后通电；先断电后拆线的安全实验操作规则。 3.不对称负载联接成星形时，中线断开测量的时间不宜过长，测量 完毕应立即断开电源或接通中线。 4.中线上不应加熔断器。 5.三相负载为白炽灯，额定电压为 220V，当负载联接成三角形时， 应注意电源电压仍然为 380V，因此需两灯泡串联。 6.为了便于测量负载三角形联接时的线电流和相电流，在每相负载 中及供电线路中应串入电流插口。 7.三表法测量时，功率表的电压线圈加得是相电压，电流线圈通过 的是相电流； 8.两表法测量时，功率表的电压线圈加得是线电压，电流线圈通过 的是线电流；且两次测量时，电压线圈应有一个公共端，该公共端应为 没有测过电流的一根火线。
线电流（A） IB IC IAB 相电流（mA） IBC ICA
表 4.5 三角形负载的功率测量
项目 三表法 对称 三角 形 不对 称 两表法 三表法 两表法 P1(W) P2(W) P3(W) P1(W) P2(W) P 总(W)
S
A
IA FU
*
IB
a
x
B
*
IC
b
y
C
*
图 4.8 相序指示器
c
z
七、实验注意事项
五、实验预习要求
基本实验任务 1.请填写对称三相电路中电压与电流的关系 2．三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？ 3. 对称负载作星形联接，无中线的情况下断开一相，其它两相发生 什么变化？能否长时间工作于此种状态？ 4.请写出三相对称负载有功功率、 无功功率和视在功率的计算公式。 5．使用两表法测量有功功率时，功率表的电压线圈加得是（ ） ， 电流线圈通过的是（ ） ，使用三表法测量有功功率时，功率表的电 压线圈加得是（ ） ，电流线圈通过的是（ ） 。 A、线电压；B、线电流；C、相电压；D、相电流 扩展实验任务 1.图 4.3 所示的相序指示器，试分析在相电压对称的情况下，如何 根据两个灯泡的亮度确定电源的相序。
P p1 p2 p3
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A
*
*
W
P1 A ZA ZB ZC
*
W
*
B
* *
B
*
*
W
P2 P3 C （b）
W
*
W
*
C N （a）
*
*
W
图 4.1
Байду номын сангаас
用三表法测量三相功率
此方法称为三表法，其测量电路如图 4.1 所示。若为对称负载，则可测 其中一相功率再乘以 3 即为三相总功率。 而在三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相功率，此法称 为两表法，其测量电路如图 4.2 所示。三相总功率为：
IN
c
z
N
*
图 4.5 不对称负载星形联接电路
3．负载三角形联接 （1）按图 4.6 所示的电路完成电路的接线，应注意电源线电压为 380V， 因此需每相负载中两灯泡应串联。
（2）测量对称负载时的线电压、线电流和相电流，将测量得到的数 据填在表 4.4 中。 （3）分别用三表法和两表法测三角形对称负载时电路的总功率，功 率表的接法如图 4.1（b）和 4.2 所示，将测试数据填入表 4.5 中，并计 算电路的总功率。 （4）将 c、z 之间的灯泡去掉，如图 4.7 所示，测量不对称负载时
表 4.2 负载星形联接数据记录
项目 对称 负载 不对称负载 有中线 无中线 有中线 无中线 线电压（V） UAB UBC UCA 负载相电压（V） UAN UBN UCN 线电流（A） IA IB IC IN （A）
（5）图 4.4 所示的星形对称负载，断开中线，用两表法测量负载总功率， 功率表的接法如图 4.2 所示，将测试数据填入表 4.3 中，根据测试数据计 算电路的总功率，并与三表法的计算结果相比较。 （6）将灯泡负载作不对称星形联接，按图 4.5 所示的电路连接线路，检 查无误后合上电源开关。测量不对称负载有中线和无中线两种情况下的 各电量。将测量得到的数据填入表 4.2 中。
基本实验任务 1．三相电源：星形联接的三相四线制电源的线电压和相电压都是对 称的，其大小关系为 U L 3U P ，通常三相电源的电压值是指线电压的 有效值。 2．三相负载的联接：三相负载有星形和三角形两种联接方式。星形 联接时，根据需要可以联接成三相三线制或三相四线制；三角形联接时 只能用三相三线制供电。在电力供电系统中，电源一般均为对称，负载 有对称负载和不对称负载两种情况。 (1) 三相负载的星形联接：带中线时，不论负载是否对称，总满足 以下关系：
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的各电量。将测量得到的数据填在表 4.4 中。 （5）分别用三表法和两表法测量三角形不对称负载时电路的总功 率，将测试数据填入表 4.5 中，并计算电路的总功率。
表 4.4
项目 UAB 对称负载 不对称负载 线电压（V） UBC UCA IA
负载三角形联接数据记录
W P1
A
负
B
*
* P2
W
载
C
图 4.2
用两表法测量三相功率
②负载的功率因数大于 0.5 时，两只功率表的读数均为正。 ③负载的功率因数等于 0.5 时，某一只功率的读数为零。 ④负载的功率因数小于 0.5 时，某一只功率表的指针会反转。为了 读数，可将转换开关由“+”转换到“—” ，此时该表读数应取负值。
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表 4.2 负载星形联接数据记录
项目 对称 负载 不对称负载 有中线 无中线 有中线 无中线 线电压（V） UAB UBC UCA 负载相电压（V） UAN UBN UCN 线电流（A） IA IB IC IN （A）
S A
IA FU
*
IB
a
x
B
*
IC
b
y
C
*
教 学 重 点 教 学 难 点 教
学
内
容
与
教
学
过
程
提示与补充
一、 实验前准备实验所用仪器、实验报告、板书实验内容 二、 组织实验课堂 1. 根据实验人数合理分组 2. 学生签名（签到表轮流签名） 3.讲解本次实验方法、要求 三、实验指导 主要讲解实验目的、实验原理、实验步骤及其实验的注意事项等；
青 岛 滨 海 学 院 教 师 教 案 四、实验原理
青 岛 滨 海 学 院 教 师 教 案 八、实验报告要求
1.简述实验方案和步骤。 2.记录原始实验数据和理论计算数据，完成数据表格中的计算。 3.根据实测数据，验证三相负载在对称和不对称情况下，各相值与 线值的关系，并与理论值相比较。 4. 对比用三表法测量三相总功率和用两表法测量三相总功率的结 果。 5.回答思考题： （1）根据测试数据画出三相四线制，不对称负载星形联接时，相电 压，线电压，线电流的相量图。 （2）说明中线的作用。在什么情况下必须有中线，在什么情况下可 不要中线。 （3）两表法测量三相总功率时应注意哪些问题 6.总结本次实验情况，写出此次实验的心得体会。包括实验中遇到 的问题的处理方法和结果。
A IA FU
*
IB
a
x y
B
*
IC
b
C N
*
IN
c
z
*
图 4.4 三相对称负载星形联接
合上电源开关。 （2） 图 4.4 所示的星形对称负载，保留中线，测量电路中的线电压、 负载相电压、线电流和中线电流，将测量数据填入表 4.2 中。 （3） 图 4.4 所示的星形对称负载，保留中线，用三表法测量负载总功 率，功率表的接法如图 4.1（a）所示，将测试数据填入表 4.3 中，并计算 电路的总功率。 （4）图 4.4 所示的星形对称负载，断开中线，测量电路中的线电压、负 载相电压和线电流，将测量数据填入表 4.2 中。
P P1 P2
用两表法测量三相功率时，应注意以下问题： （1）两表法适用于对称或不对称的三相三线制电路，而对于三相四 线制电路一般不适用。 （2）两表法的接法：首先将功率表的电流线圈中带*端与电压线圈 带*端用一短路线连接， 然后将两功率表的电流线圈分别串接于任意两火 线上，两功率表的电压线圈的另一端(不带 * 端)则须同时接到没有接入 电流线圈的火线上。 （3）在对称三相电路中，两只功率表的读数与负载功率因数之间的 关系如下： ①负载为纯电阻时，两只功率表的读数相等。 * *