三相电路电压电流及相序的测量

4.9三相交流电路电压、电流和相序的测量

4.9.1实验目的

1. 识别三相负载星形连接、三角形连接的方法以及线电压、相电压、线电流、相电流、 中线电压、中线电流的表示关系。

2. 验证上述两种连接方式线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。

3. 用实验的方法研究三相四线制电路中的中线作用。

4. 掌握三相交流电路相序判定的测量方法。

4.9.2实验预习要求

1. 预习三相交流电路的基本原理。

2. 熟悉实验步骤。

3. 掌握相序测量的计算方法。

4.9.3基本原理

1. 三相交流电的输出：

如图4.9-1所示，三相交流发电机发出按正幅值（或相应零值）

A T

B T

C 顺序输出电压,

其幅值相等、频率相同、彼此相位差也相等。电动势及端电压表示如下:

（3）线电压、相电压、线电流、相电流等表示法。 （如表4.9-1所示）。

e A

E m sin t

e B

E m sin( t 120 ) e c

E m sin( t 240 )

E m sin( t

120 )

U A J 2 U sin

t

U B 、2 U

sin( t 120 ) U C

sin( t 240 )

/2U sin(

t

120 )

线电压与相电压之间的关系如图 4.9-2所

示。

? ? ? ■ ?

U AB U A U B

• 3 U A 30

?

?

?

-?

U BC U B U C

3U B

30

?

?

?

?

U CA U C U A

.3U C 30

（1） 星形连接（Y 连接一三相三线制及

（2） 三角形接法（？接法一三相三线

Y o —三相四线制）（如图4.9-3所示）

,（如图4.9-4所示）。 图 4.9-1

2.电压相量图:

3.负载连接方式

图 4.9-2

（1）位形图：是电压相量图中的一种特殊形式。其特点是位形图上的点与电路图上的点 对应，即直观的表示出各相量（模及角度）之间的相互关系。在三相负载对称时，

位形

图中负载中性点 0'与电源中 性点0重合（如图4.9-5）；负 载不对称时虽然线电压仍对 称，但负载的相电压不再对 称，负载中性点

0'发生位移

（如图 4.9-6）。

（2）中性线的作用：在三相三线制中，星形三相负载在一般情况下很难达到对称，这就 导致负载中性点的位移，使得三相负载电压的不对称，有时十分严重。这会引起负载不能正 常工作，甚至烧毁。当接上中线以后，使得不对称的三相负载就工作在对称的三相电路中， 而解决了上述问题。为防止中线开路，中线上不允许接保险丝或开关。

5. 当三相电源输出平衡、忽略线路的损耗情况下，负载电压及电流的关系如下表所示。

表 4.9-2

丫

?

Z 平衡

Z 不平衡

Z 平衡

Z 不平衡

Z 平衡

Z 不平衡

U L 与 U P

U L 拓U p

U L 73u P

U L V3U p U L TaU p

U L U p

U L U p

U

N 0

0 0 0 工0

I L 与 I P

I L =I P

I L =I P

I L =I P

I L =I P

I L Cl p

I L 爲P

丨0

工0

接

法

线电压U L

相电压U p

线电流1 L

相电流I P

中线

电压

中线

电流 丫0

U AB 、U

BC 、U

CA

U A 、U B 、U C 1 A

、1 B 、1 C

I A

' I B ' I C

U N0 * Y

U

AB

、U

BC 、U

CA

U A0、U B0、U C 0

I A 、1 B 、1 C

I A 、1 B 、I C

U N0

/

?

U

AB

、U

BC 、U

CA

U

A0

、U

B0、U co

1 A

、1 B ' I C

I

AB

、 〔BC 、

〔CA

A

图 4.9-3

图 4.9-4

O'

表 4.9-1

4.星形接法时的中线作用。

图 4.9-5

图 4.9-6

6. 相序的判定：

三相交流发电机发出三相交流电，通过线 路传输，以A 相线（黄色）、B 相线（绿色）、 C 相线（红色）连接到用户的负载上。在线路 的传输连接过程中，A 、B 、C 三相必须唯一 确定。但对于用户的一般三相负载来说，任意 一条火线都可定为 A 相，另外两条火线则根 据它们相角滞后的对应关系确定为 B 相和C 相。

判定方法：按图 4.9-7接线，其中C=1卩F （Xc=3.185k

线电压220V 。如果电容器所接的定为

U&

oo

当负载中心点电位不等于零时，各负载上的电压就不等于额定电压，由于负载电压的不 对称就不能正常工作。当接上中线以后，使得不对称的三相负载就工作在对称的三相电路中, 从而解决了上述问题。

即 U B 1.49Up

7. 三相四线接地制（三相五线制）

三相四线制是从电路原理分析及计算的角度出发来讨论的，人们有时把零线称为地线 只是为了从参考电位或是公共点的角度来讨论的。

在实际线路的设计和施工中， 除三相四线以外还从保护的目的出发增加了一条地线

（也

称保护零线），用来连接电气设备的外壳，以防止电气设备绝缘不好而出现漏电现象而产生 的触电或火灾事故发生，这是设计、施工规范要求所必须的。所以在实际工作当中，不能把

）、P B =P c =15W （R=3.227k ）、

A 相，则灯光较亮的是

B 相，较暗的是

C 相。证明：

（1）纯阻负载不对称

在Y 连接负载是纯电阻但不对称时, 由节点电压法得到负载中心点电

压: U& U&U&U&

（2）负载阻抗绝对值相等而并非纯电阻 在Y 连接负载阻抗绝对值相等而并非纯电阻时 由节点电压法得到负载中心点电压：

U p 丄 U&p （ 1

j^）』）U&p （ ，& p jR p 2 2 R p

U N

1 1 1

H R R R

(设 X C =R B =R C ,U A

U P 0°即 U A U P ),

U&B U&B U N

P

(

U p (

0.2 j0.6)

U p(

0.2 j0.6) U p ( 0.3 j1.466)

l&C U&C U&N

U p (

j-23

) U p( 0.2

j0.6)

U p ( 0.3 j0.266)

即 U C 0.4Up 由于U B U

故B 相灯较C 相灯亮。

图 4.9-7