三相交流電路的測(cè)量

1、實(shí)驗(yàn)4.9 三相交流電路的測(cè)量4.9.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉三相負(fù)載的聯(lián)接方式，建立負(fù)載對(duì)稱與不對(duì)稱的概念。 2驗(yàn)證三相對(duì)稱負(fù)載的線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系。3理解三相四線制供電系統(tǒng)中中性線的作用。 4掌握三相功率的測(cè)量方法。5了解三相交流電相序測(cè)定的方法。4.9.2實(shí)驗(yàn)任務(wù)4.9.2.1基本實(shí)驗(yàn)1用若干個(gè)15W白熾燈組成星形聯(lián)接（Y）電路，如圖4-9-1所示，完成在有中性線和無中性線時(shí)的電路參數(shù)的測(cè)量。負(fù)載情況和功率表接線分別符合如下要求：(1) 負(fù)載對(duì)稱（每相45W,采用一瓦特表接線，電源線電壓Ul=220V)。(2) 負(fù)載不對(duì)稱（U相15W、V相30W、W相45W，采用三瓦特表接線，

2、電源線電壓Ul=220V)。圖4-9-1 負(fù)載星形聯(lián)接電路圖NCZYBU*UAXPWU*UI* IWPVI* IU*UWPUI* IW2用若干個(gè)15W白熾燈組成三角形聯(lián)接（）電路，如圖4-9-2所示，用兩瓦特表完成電路參數(shù)的測(cè)量。負(fù)載情況和電源電壓符合如下要求：(1) 負(fù)載對(duì)稱（每相45W，電源電壓Ul=220V）。 (2) 負(fù)載不對(duì)稱（U相15W、V相30W、W相45W，電源電壓Ul=220V）。I* IUWU*P1P2XYZBAI* IU*UW圖4-9-2 負(fù)載三角形聯(lián)接電路圖C4.9.2.2擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)PX4.7uFY4.7uFZ4.7uFABCI* IUU*W1用一瓦特表測(cè)試無功功率的方法

3、，完成三相三線制對(duì)稱負(fù)載的總無功功率測(cè)試。并記錄三相電流與電壓。電路如圖4-9-3所示。圖4-9-3 三相三線制對(duì)稱負(fù)載無功功率測(cè)試電路2如圖4-9-4所示，完成由兩個(gè)15W（或40W）白熾燈和一個(gè)1uF(或2.5uF)電容組成的星形聯(lián)接相序判斷電路的測(cè)試，記錄在表4-9-1中。圖4-9-4 相序判斷電路NXC CBAu1u2u3Y,Z 表4-9-1相序測(cè)試負(fù)載所在相 項(xiàng)目名稱U相V相W相電流 /A電壓 /V設(shè)電容所在相()較亮的相()較暗的相()電源相序結(jié)論4.9.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備1三相自耦調(diào)壓器一套2白熾燈15W/220V九個(gè)3. 電流插座六付 4. 粗導(dǎo)線電流插頭一付5. 電容器組/500V一

4、套6. 交流電壓表(0500V) 或數(shù)字萬用表 一只7. 交流電流表(05A) 一只8. 單相智能型數(shù)字功率表兩只9粗導(dǎo)線若干4.9.4 實(shí)驗(yàn)原理1對(duì)稱三相交流電源是由三個(gè)同頻率、等幅值而相位依次相差120°的正弦電壓源按星形(Y)或三角形()的聯(lián)接方式聯(lián)接的電路。它有三相三線制和三相四線制兩種結(jié)構(gòu)。我國(guó)三相系統(tǒng)電源頻率f為50Hz,而日、美、歐洲等國(guó)電源頻率f為60Hz。我國(guó)民用電供電都是三相四線制，進(jìn)入居民家庭的電源電壓大多數(shù)為220V，而日、美、歐洲等國(guó)居民用電電源電壓為110V。電源電壓用u1、u2、u3表示，負(fù)載上的電壓用uu、uv、uw表示。2負(fù)載的聯(lián)接方式為星形(Y)、

5、三角形()兩種方式。(1) 在負(fù)載對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作星形聯(lián)接(Y)時(shí)，其線電壓Ul是相電壓Up的倍，且線電壓超前相電壓30o，線電流Il等于相電流Ip。即Ul=Up，Il=Ip。流過中性線的電流IN=0。(2) 在負(fù)載對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作三角形聯(lián)接()時(shí)，其線電壓Ul等于相電壓Up，線電流Il是相電流Ip的倍，且線電流滯后相電流30o。即Il=Ip，Ul=Up。(3) 中性線的作用。負(fù)載不對(duì)稱的星形聯(lián)接(Y)的低壓三相電路一般都采用三相四線制。因?yàn)槿绻唤又芯€，則由于中性點(diǎn)的位移造成各相負(fù)載的額定電壓得不到保證，會(huì)使負(fù)載不能正常工作，甚至遭受損壞。接中線可以保證各相負(fù)載獲得額定電壓且互不

6、影響，因此中線不允許接保險(xiǎn)絲。三相負(fù)載所吸收的總有功功率等于各相負(fù)載有功功率之和。3三相負(fù)載的總有功功率的測(cè)量。三相負(fù)載所吸收的總有功功率等于各相負(fù)載有功功率之和。（1）三相四線制負(fù)載對(duì)稱電路的功率測(cè)量。三相四線制負(fù)載對(duì)稱的電路采用一瓦特表測(cè)量，如圖4-9-1所示（不含PV、PW功率表）。用單相交流功率表（以下簡(jiǎn)稱功率表）測(cè)出任一相的功率，乘以三即得三相負(fù)載的總功率，即P=3PU。（2）三相四線制負(fù)載不對(duì)稱電路的功率測(cè)量。三相四線制負(fù)載不對(duì)稱電路采用三瓦特表測(cè)量，如圖4-9-1所示（含PV、PW功率表）。三只功率表測(cè)出的各相功率相加即得三相負(fù)載的總功率，即P=PU+ PV+ PW。（3）三相三

7、線制電路的功率測(cè)量。三相三線制電路采用兩瓦特表測(cè)量，如圖4-9-2所示。兩只功率表讀數(shù)代數(shù)和等于三相負(fù)載的總功率，即P=P1+P2。兩瓦特表的接線原則：功率表的電壓、電流線圈的同名端相聯(lián)后，將兩只功率表的電流線圈分別串入任意兩相線路中，電流線圈同名端接電源端，它的非同名端接負(fù)載端。兩只功率表的電壓線圈非同名端同時(shí)接到?jīng)]有接入功率表電流線圈的第三條線路負(fù)載端。此圖給出的是（IU、UUV）與（IW、UWV）聯(lián)接法，還有另外兩種聯(lián)接法，即(IU、UUW）與（IV、UVW）以及(IV、UVU）與（IW、UWU）聯(lián)接法。若負(fù)載為感性或容性，且當(dāng)相電壓與相電流相位差|60°時(shí)，線路中的一只功率表

8、的讀數(shù)為負(fù)值（或指針反偏), 這時(shí)應(yīng)將反偏的功率表電流線圈的兩個(gè)端子調(diào)換（不能調(diào)換電壓線圈端子），而讀數(shù)應(yīng)記為負(fù)值。在實(shí)際應(yīng)用中，常用一個(gè)三相功率表（或稱二元功率表）代替兩個(gè)單相交流功率（4）對(duì)于三相三線制負(fù)載對(duì)稱的電路，可用一瓦特表測(cè)得三相負(fù)載的總無功功率Q，如圖4-9-3所示。設(shè)測(cè)得的功率表值為P,則實(shí)際三相負(fù)載的無功功率Q=P。此圖給出的是（IU、UVW）聯(lián)接法，還有另外兩種聯(lián)接法，即（IV、UUW）或（IW、UUV）。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，功率表讀數(shù)為正值；當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，功率表讀數(shù)為負(fù)值。4三相電源的相序的判定。三相相序?qū)τ诓豢赡孓D(zhuǎn)的傳動(dòng)設(shè)備來說，如果相序錯(cuò)誤，造成運(yùn)行中的電機(jī)反轉(zhuǎn)，將引起

9、傳動(dòng)設(shè)備損壞。在電機(jī)安裝工程的接線前首先要用專門的相序指示儀進(jìn)行相序測(cè)定，或通過一個(gè)電容與兩個(gè)白熾燈組成不對(duì)稱三相三線星形聯(lián)接的簡(jiǎn)易電路來進(jìn)行三相電源的相序測(cè)定。當(dāng)然相序保護(hù)器的接入對(duì)運(yùn)行中相序的保護(hù)也是必不可少的。圖4-9-4所示就是電容和白熾燈組成的相序判斷電路，電路參數(shù)盡可能地滿足R燈=1/(C)，以使白熾燈有明顯的明亮區(qū)別。由于電路為不對(duì)稱負(fù)載，導(dǎo)致負(fù)載中性點(diǎn)發(fā)生位移，造成某兩相負(fù)載工作電壓較大地偏離額定電壓。假設(shè)指定電容所在的電源相為u1相，則白熾燈較亮的電源相為u2相，白熾燈較暗的電源相為u3相。4.9.5 預(yù)習(xí)提示1三相交流電源的特點(diǎn)是什么？2三相負(fù)載的兩種聯(lián)接方式各有什么特點(diǎn)？

10、負(fù)載對(duì)稱與不對(duì)稱對(duì)電路有什么影響？理解中線的重要性。3對(duì)不同結(jié)構(gòu)的三相交流電源，其負(fù)載的三相功率的測(cè)量方法有什么區(qū)別？4為什么通過一個(gè)電容與兩個(gè)白熾燈組成電路可以測(cè)定三相電源的相序？5負(fù)載為三角形() 聯(lián)接時(shí)，Il=Ip在什么條件下成立？4.9.6 實(shí)驗(yàn)步驟1.完成圖4-9-1所示星形(Y)聯(lián)接（負(fù)載對(duì)稱和負(fù)載不對(duì)稱）電路的測(cè)試。（1）用萬用表的二極管檔，判斷功率表的電流線圈中的熔斷器的導(dǎo)通情況。（2）有中性線聯(lián)接。中性線N經(jīng)測(cè)中性線電流的電流插座串入負(fù)載白熾燈末端Z。1）負(fù)載對(duì)稱星形聯(lián)接（功率表采用一瓦特表接線）按圖4-9-1所示電路聯(lián)接線路，其中功率表只接其中一只表（例如PU）。先將負(fù)載白

11、熾燈按各相末端(X、Y、Z)相聯(lián)的星形(Y)聯(lián)接方式接線。然后將功率表標(biāo)有“I*”的電流線圈與標(biāo)有“U*”電壓線圈同名端短接，按照先串聯(lián)回路聯(lián)接，后并聯(lián)回路聯(lián)接的原則接線。（功率的概念及功率表的使用說明參見實(shí)驗(yàn)4.6電感線圈參數(shù)測(cè)量）。將三相四線制某一相電源（u相）經(jīng)功率表PU的電流線圈串聯(lián)接于相應(yīng)相的負(fù)載白熾燈始端A，另兩相電源（v、w相）直接聯(lián)接相應(yīng)相的負(fù)載白熾燈始端B和始端C。將功率表PU的標(biāo)有“U”電壓線圈端與白熾燈末端Z相聯(lián)。通過操作開關(guān)，使得白熾燈處于對(duì)稱負(fù)載 (每相45W亮3盞燈)狀態(tài)工作。按電工臺(tái)“開機(jī)操作”程序進(jìn)行操作。檢查線路無誤后，調(diào)節(jié)三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕，用萬用表監(jiān)測(cè)

12、調(diào)壓器輸出的線電壓UUV，當(dāng)萬用表的有效值示數(shù)UUV=220V時(shí)，停止調(diào)壓。測(cè)試此時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)并記錄于表4-9-2第一行中。表4-9-2三相電路星形(Y)聯(lián)接的參數(shù)測(cè)試中線情況負(fù)載功率負(fù)載線電壓/V負(fù)載相電壓/V負(fù)載線(相)電流/mA中線電流/mA負(fù)載三相功率/WU相V相W相UUVUVWUWUUUUVUWIUIVIWINPUPVPWP有中線45W45W45W15W30W45W無中線45W45W45W15W30W45W2）負(fù)載不對(duì)稱星形聯(lián)接（建議功率表采用一瓦特表仿照三瓦特表操作）如果裝置上沒有三個(gè)功率表，仍然可利用前面的一瓦特表接線電路。通過操作開關(guān)，控制各相白熾燈亮燈的瓦數(shù)，使得接功率表的u相

13、分別處于15W(亮一盞燈)、30W(亮兩盞燈)、45W(亮三盞燈)的不同亮燈狀態(tài)，即每次保持三相負(fù)載各相始終處于15W、30W、45W的不對(duì)稱分布工作狀態(tài)，其等同于三瓦特表的測(cè)量。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表4-9-2第二行中。如果裝置上有三個(gè)功率表，按圖4-9-1所示電路聯(lián)接線路，將PV、PW功率表接入電路，接線方法與PU接法相同。此法需重新接線。操作步驟與負(fù)載對(duì)稱星形聯(lián)接步驟1）相同。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表4-9-2第二行中。3）將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零，并按下紅色“停止”按鈕，紅燈亮，綠燈滅。保持電路不變。完成三相四線制負(fù)載星形聯(lián)接有中性線的電路的測(cè)量，驗(yàn)證電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系。（3

14、）無中性線聯(lián)接。將中性線N與測(cè)中性線電流的電流插座之間的聯(lián)線拆除。 1）負(fù)載對(duì)稱星形聯(lián)接（功率表采用一瓦特表接線）通過操作開關(guān)，使得白熾燈處于對(duì)稱負(fù)載(每相45W亮3盞燈)狀態(tài)工作。按電工臺(tái)“開機(jī)操作”程序進(jìn)行操作。檢查線路無誤后，調(diào)節(jié)三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕，用萬用表監(jiān)測(cè)調(diào)壓器輸出的線電壓UUV，當(dāng)萬用表的有效值示數(shù)UUV=220V時(shí)，停止調(diào)壓。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表4-9-2第三行中。2）負(fù)載不對(duì)稱星形聯(lián)接利用一瓦特表線路。通過操作開關(guān)，控制各相白熾燈亮燈的瓦數(shù)，使得u相處于15W(亮一盞燈)、v相處于30W(亮兩盞燈)、w相處于45W(亮三盞燈)的不對(duì)稱分布工作狀態(tài)。將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表4-9-

15、2第四行中。（注：由于無中線，用一瓦特表接線方法將無法測(cè)量電路的三相功率。但可通過兩瓦特表聯(lián)接方法測(cè)得，詳見步驟2）3）將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零，并按下紅色“停止”按鈕，紅燈亮，綠燈滅。拆除線路。完成負(fù)載無中性線聯(lián)接的電路的參數(shù)測(cè)量。驗(yàn)證電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系。2.完成圖4-9-2所示三角形()聯(lián)接（負(fù)載對(duì)稱和負(fù)載不對(duì)稱）電路的測(cè)試。（1）用萬用表的二極管檔，判斷功率表的電流線圈中的熔斷器的導(dǎo)通情況。（2）負(fù)載對(duì)稱三角形聯(lián)接（功率表采用兩瓦特表接線）。1）負(fù)載三角形聯(lián)接。按圖4-9-2所示電路聯(lián)接線路。先將負(fù)載白熾燈按各相始、末端(A與Z、B與X、C與Y)相聯(lián)的三角形()聯(lián)接方

16、式接線。然后將功率表標(biāo)有“I*”的電流線圈與標(biāo)有“U*”電壓線圈同名端相短接，按照先串聯(lián)回路聯(lián)接，后并聯(lián)回路聯(lián)接的原則接線。2) 兩瓦特表聯(lián)接（按圖4-9-2給出的是（IU、UUV）與（IW、UWV）聯(lián)接方法接線）。將三相三線制任兩相電源(u相、w相)經(jīng)兩個(gè)功率表P1、P2的電流線圈端聯(lián)接于測(cè)線電流IU、IW的電流插座一端，再通過IU、IW的電流插座另一端串接到相對(duì)應(yīng)的兩相負(fù)載白熾燈始端A和始端C。將另一相接入功率表的電源v相 聯(lián)接于測(cè)線電流IV的電流插座一端，再通過電流插座另一端串接到相對(duì)應(yīng)相負(fù)載白熾燈始端B。并將兩個(gè)功率表標(biāo)有“U”電壓線圈端與該相電源v相相聯(lián)。3）對(duì)稱負(fù)載狀態(tài)。通過操作開

17、關(guān)，使得白熾燈處于對(duì)稱負(fù)載(每相45W亮3盞燈)狀態(tài)工作。4）按電工臺(tái)“開機(jī)操作”程序進(jìn)行操作。檢查線路無誤后，按下綠色“啟動(dòng)”按鈕，綠燈亮，紅燈滅。調(diào)節(jié)三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕，用萬用表監(jiān)測(cè)調(diào)壓器輸出的線電壓UUV，當(dāng)萬用表的有效值示數(shù)UUV=220V時(shí)，停止調(diào)壓。測(cè)試此時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)并記錄于表4-9-3第一行中。完成三相三線制三角形()接線負(fù)載對(duì)稱電路的測(cè)量。驗(yàn)證電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系。表4-9-3三相電路三角形()聯(lián)接的參數(shù)測(cè)試負(fù)載功率負(fù)載線(相)電壓/V負(fù)載線電流/mA負(fù)載相電流/mA負(fù)載三相功率 /WU相V相W相UUVUVWUWUIUIVIWIUVIVWIWUP1P2P負(fù)

18、載對(duì)稱45W45W45W負(fù)載不對(duì)稱15W30W45W（3）負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)接（功率表仍然采用兩瓦特表接線）。1）不對(duì)稱負(fù)載狀態(tài)。通過操作開關(guān)，控制各相白熾燈亮燈的瓦數(shù)，使得u相處于15W(亮一盞燈)、v相處于30W(亮兩盞燈)、w相處于45W(亮三盞燈)的不對(duì)稱分布工作狀態(tài),將相關(guān)數(shù)據(jù)記錄于表4-9-3第二行中。2）將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零，并按下紅色“停止”按鈕，紅燈亮，綠燈滅。拆除線路。將鑰匙式總開關(guān)置于“關(guān)”位置, 此時(shí)紅色按鈕滅。實(shí)驗(yàn)結(jié)束。完成三相三線制三角形()接線負(fù)載不對(duì)稱電路的測(cè)量。驗(yàn)證電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系。3. 實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)：（1）為了防止負(fù)載星形聯(lián)接電路，在無中線時(shí)，由于某相負(fù)載電壓過高造成白熾燈損壞，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將電源線電壓調(diào)至220V。 （2）測(cè)試負(fù)載相電壓時(shí)，應(yīng)將萬用表表棒放置負(fù)載兩端，不要放置供電電源端。（3）本實(shí)驗(yàn)是強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)，務(wù)必注意用電和人身安全。每一次實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試完畢后，在三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零的前提下方可斷開電源開關(guān)，然后進(jìn)行拆線或接線。4.9.7 報(bào)告要求1. 畫出實(shí)驗(yàn)電路與表格，簡(jiǎn)要寫出電路原理。