《三相交流電路》實驗報告

1、中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實驗報告課程名稱：電工電子學(xué)實驗名稱：三相交流電路實驗形式：在線模擬+現(xiàn)場實踐提交形式：在線提交實驗報告學(xué)生姓名：學(xué)號：.年級專業(yè)層次：15級函授（秋）學(xué)習(xí)中心：勝利油田純梁教學(xué)服務(wù)站提交時間：2016年12月7日、實驗?zāi)康? .學(xué)習(xí)三相交流電路中三相負(fù)載的連接。2 .了解三相四線制中線的作用。3 .掌握三相電路功率的測量方法。二、實驗原理1.對稱三相電路中線、相電壓和線、相電流的關(guān)系，三相電路中，負(fù)載的連接分為星形連接和三角形連接兩種。一般認(rèn)為電源提供的是對稱三相電壓。（1）星形連接的負(fù)載如圖1所示：（b）三相四線制圖1星形連接的三相電路A、RC表示電源端，N

2、為電源的中性點（簡稱中點），N'為負(fù)載的中性點無論是三線制或四線制，流過每一相負(fù)載的相電流包等于與之相連的端線中的線電流：I（下標(biāo)I表示線的變量，下標(biāo)p表示相的變量）Il|在四線制情況下，中線電流等于三個線電流的相量之和，即-端線之間的電位差（即線電壓）和每一相負(fù)載的相電壓之間有下列關(guān)系：HUab=Ua-UfIB|U£C=U-UcIBHUca-UcU_A當(dāng)三相電路對稱時，線、相電壓和線、相電流都對稱，中線電流等于零，而線、相電壓滿足：I(2)三角形連接的負(fù)載如圖2所示：圖2三角形連接的三相電路其特點是相電壓等于線電壓：V-'線電流和相電流之間的關(guān)系如下：當(dāng)三相電路對稱

3、時，線、相電壓和線、相電流都對稱，此時線、相電流滿足:2 .不對稱三相電路在三相三線制星形連接的電路中，若負(fù)載不對稱，電源中點和負(fù)載中點的電位不再相等，稱為中點位移，此時負(fù)載端各相電壓將不對稱，電流和線電壓也不對稱。在三相四線制星形連接的電路中，如果中線的阻抗足夠小，那么負(fù)載端各相電壓基本對稱，線電壓也基本對稱，從而可看出中線在負(fù)載不對稱時起到了很重要的作用。但由于負(fù)載不對稱，因此電流是不對稱的三相電流，這時的中線電流將不再為零。在三角形連接的電路中，如果負(fù)載不對稱，負(fù)載的線、相電壓仍然對稱，但線、相電流不再對稱。如果三相電路其中一相或兩相開路也屬于不對稱情況。3 .三相負(fù)載接線原則連接后加在

4、每相負(fù)載上的電壓應(yīng)等于其額定值。三、實驗設(shè)備1 .實驗電路板2 .三相交流電源3 .交流電壓表或萬用表4 .交流電流表5 .功率表6 .單擲刀開關(guān)7 .電流插頭、插座四、實驗內(nèi)容及步驟220M1 .三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)按圖3-2接線，圖中每相負(fù)載采用三只白熾燈，電源線電壓為220VX_工圖3-2三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)(1)測量三相四線制電源的線電壓和相電壓，記入表3-1(注意線電壓和相電壓的關(guān)系)oUWUVWVUwUVUUn/VUvn/VUwn/V219218220127127127表3-1按表3-2內(nèi)容完成各項測量，并觀察實驗中各白熾燈的亮度。表中對稱負(fù)載時為每相開亮三只燈；不對稱負(fù)載時為U相開亮一只

5、燈，V相開亮兩只燈，Wf開亮三只燈。測量值負(fù)載情心、相電壓相電流中線電流中點電壓UUN/VU/N/VU/VN/VIu/AIvaIwaImaUkn/V對稱負(fù)載后中線1241241240無中線1251251231不對稱負(fù)載后中線126125124無中線1671437850表3-22 .三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)按圖3-3連線。測量功率時可用一只功率表借助電流插頭和插座實現(xiàn)一表兩用，具體接法見圖3-4所示。接好實驗電路后，按表3-3內(nèi)容完成各項測量，并觀察實驗中白熾燈的亮度。表中對稱負(fù)載和不對稱負(fù)載的開燈要求與表3-2中相同。圖3-3三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)j、一測量值負(fù)載情也線電流(A)相電流(A)負(fù)載電壓(V

6、)功率(W)IUIVIWIUVIVWIWUUUvUVwUWuPi對稱負(fù)載213212215-111-109:不對稱負(fù)載220217216表3-3五、實驗數(shù)據(jù)及分析1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時相電壓和線電壓之間的數(shù)值關(guān)系，以及三角形聯(lián)結(jié)時相電流和線電流之間的數(shù)值關(guān)系。(1) .星形連結(jié)：根據(jù)表3-1,可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，不接負(fù)載時，各路之間的線電壓和各分電源的相電壓都分別相同，即5=U/W=UW=(218+219+220)/3=219V;Un=Un=Uv=127V(本次實驗中這三個電壓為手動調(diào)節(jié)所得)0可以計算：219/127=出，即：線電壓為相電壓的J3倍,與理論相符。根據(jù)表3-

7、2,可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，接對稱負(fù)載時，線電壓不變，仍為表3-1中的數(shù)據(jù)；而相電壓在有中線都為124V,在無中線時分別為125M125M123V,因此可認(rèn)為它們是相同的。由此，得到的結(jié)論與上文相同，即：有中線時，219/124=73,線電壓為相電壓的73倍；無中線時，(125+125+123)/3=,219/=、3,線電壓為相電壓的J3倍。綜上所述，在對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，不論是否接上負(fù)載(這里指全部接上或全部不接)、是否有中線，線電壓都為相電壓的也倍。(2) .三角形聯(lián)結(jié)2 .根據(jù)表3-2的數(shù)據(jù)，按比例畫出不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)三相四線制（有中線）的電流向量圖，并說明中線的作用。不對稱負(fù)載星形聯(lián)Z

8、三相四線制（有中線）電流向量圖如左圖所示，根據(jù)IU+IV+IW=IN,且根據(jù)對稱關(guān)系三個相電流之間的夾角各為120。，因而根據(jù)幾何關(guān)系畫出IN?？梢?，IN在數(shù)值的大小上和三個相電流并不成線性關(guān)系，而在角度（相位）上也沒有直觀的規(guī)律。這是因為IN是由三個互成120。的相電流合成的電流，是矢量的，與直流電路的電流有很多不同性質(zhì)，因而要講大小與方向結(jié)合計算才有意義。中線的作用：由左圖可知，在不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)（有中線）電路中，中線電流不為0,因而如若去掉中線必會改變電路中電流的流向，導(dǎo)致各相負(fù)載電壓不同（即表3-2中不對稱且無中線的情況），這時部分負(fù)載可能會由于電流過大而燒毀。因此中線起到了電路中作

9、為各相電流的回路的作用，能夠保證各相負(fù)載兩端的電壓相同（據(jù)表3-2也可看出），就能夠保證負(fù)載正常運行，不致?lián)p壞。因此中線在星形聯(lián)結(jié)中是至關(guān)重要的，因而在通常的生產(chǎn)生活中的星形聯(lián)結(jié)三相電路都是有中線的。3 .根據(jù)表3-3的電壓、電流數(shù)據(jù)計算對稱、不對稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時的三相總功率，并與兩瓦特表法的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。根據(jù)本實驗電路，可知負(fù)載電路均為電阻性，不對電流相位產(chǎn)生影響，因此功率因素為1,由此，可得：P=IuvXUUv+IvwXU/V吐IwuXUWu因而據(jù)表3-3得:對稱負(fù)載：計算值P二;測量值P=PixB=220W相差/220=%不對稱負(fù)載：計算值P二;測量值P=PiXB=;相差注：功率表

10、的正負(fù)不影響功率的測量，因此將其當(dāng)作正值計算。）通過上述計算，可見用二功率表測量法測出的功率與分別測量各負(fù)載電流電壓而計算得出的功率非常接近，相差僅約1%因此可以認(rèn)為這兩種方法測得的數(shù)據(jù)都是比較可靠的。這也表明該電路中只有負(fù)載端的負(fù)載在耗能，而電路的其他部分（如導(dǎo)線）幾乎沒有能量損耗。但通過上述數(shù)據(jù)也可發(fā)現(xiàn)，兩組測量值都略小于計算值，分析有如下可能原因：（1）.電路中可能存在多種因素導(dǎo)致功率因素小于1,功率表在測量時已將功率因素計算在內(nèi)，而計算值是將功率因素當(dāng)作1來算的，因此測量值會略小于計算值。（2）.存在某種系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果有一定的趨向性，但可能導(dǎo)致這種誤差的因素有很多，比如儀表內(nèi)部

11、因素、電路連接因素等，難以確定具體由何種因素導(dǎo)致。（3）.存在隨機誤差，導(dǎo)致兩組測量值恰好都小于計算值，但這種可能性不大。另外，顯然有：不對稱負(fù)載功率對稱負(fù)載功率，這是因為在本實驗中，對稱負(fù)載共開了9盞燈，而不對稱負(fù)載只開了6盞，而又因為在三角形聯(lián)結(jié)中各負(fù)載所得的電壓相同（這在表3-3中也可看出），因此每盞燈所耗功率接近，導(dǎo)致對稱負(fù)載功率大于不對稱負(fù)載。這完全是由實驗設(shè)計決定，而與對稱與否無關(guān)。六、實驗結(jié)論本次實驗是三相交流電路相關(guān)的實驗，通過本次實驗，我們學(xué)習(xí)了三相交流電路中三相負(fù)載的連接方法，了解了三相四線制中線的作用，并掌握三相電路中功率的測量方法。這與我們書上學(xué)到的理論知識有很好的關(guān)聯(lián)

12、性，在實驗過程中將理論結(jié)合于實踐，使我們更好地掌握所學(xué)的知識。由于此次實驗內(nèi)容比較多，接線等操作也較為復(fù)雜，因此實驗過程中要十分仔細(xì)。在嚴(yán)格按照實驗冊上所給電路連好線后，一定要再檢查一遍電路再開電源，以免連接出錯損壞儀器。由于本次實驗采用上百伏的電壓，因此實驗過程中務(wù)必要注意安全，必須待電路檢查無誤后再開電源，一旦發(fā)生問題要先關(guān)閉電源再動手更改連線。另外，由于本次實驗用到了較多燈泡，在拿取燈泡時需小心，以免跌碎。另外，本次實驗需要記錄的數(shù)據(jù)也比較多，然而在后續(xù)的實驗數(shù)據(jù)處理中并未完全用到。這些數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行其他要求之外的分析，從而得出更多的結(jié)論；或者，也可用于相互驗證，因為有些數(shù)據(jù)是有相關(guān)性的，比如三角形聯(lián)結(jié)中的線電流和相電流，可以由相電流互成120o推出線電流的大小和方向。但也因為有這些數(shù)據(jù)，可以比較計算值與測量值的異同，從而得到更進(jìn)一步的分析，更深入地了解三相交流電路。七、思考題1、請問三相負(fù)載按星形或三角形連接，它們的線電壓與相電壓、線電流與相電流有何關(guān)系答：線電壓：兩相之間的電壓（實際也就是兩條相線之前的電壓）相電壓：一相對地的電壓（實際也就是相線與地之間的電壓，中性線接地系統(tǒng)也就是相線與中性線間的電壓，普通民用三相四線制線電網(wǎng)中即為火線和零線間的電壓）線電流：導(dǎo)線上的電流。相電流：每一相上電流，星形負(fù)載時即為流過每一相負(fù)載的電流。三相交流電路中負(fù)載星形連接時