刘斌“三相交流电路”实验报告教材

1、中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告课程名称：电工电子学实验名称：三相交流电路实验形式：在线模拟+现场实践提交形式：在线提交实验报告学生姓名：刘斌 学 号级专业层次：15级函授（春）学习中心： 山东聊城函授站提交时间：2015 年7 月1 日、实验目的1. 学习三相交流电路中三相负载的连接。2. 了解三相四线制中线的作用。3. 掌握三相电路功率的测量方法。二、实验原理1. 对称三相电路中线、相电压和线、相电流的关系，三相电路中，负载的连接 分为星形连接和三角形连接两种。一般认为电源提供的是对称三相电压。（1）星形连接的负载如图1所示：（b）三相四线制图1星形连接的

2、三相电路A、B、C表示电源端，N为电源的中性点（简称中点），N为负载的中性点 无论是三线制或四线制，流过每一相负载的相电流恒等于与之相连的端线中的线电 流：n = Jr （下标I表示线的变量，下标p表示相的变量）Il|在四线制情况下，中线电流等于三个线电流的相量之和，即I，-端线之间的电位差（即线电压）和每一相负载的相电压之间有下列关系： IBUab =IB| U = U-UcIBIBUca -UcU-A当三相电路对称时，线、相电压和线、相电流都对称，中线电流等于零，而线、 相电压满足： IUa = ITaUa（2）三角形连接的负载如图2所示：图2三角形连接的三相电路其特点是相电压等于线电压：

3、厂线电流和相电流之间的关系如下：当三相电路对称时，线、相电压和线、相电流都对称，此时线、相电流满足：2. 不对称三相电路在三相三线制星形连接的电路中，若负载不对称，电源中点和负载中点的电位 不再相等，称为中点位移，此时负载端各相电压将不对称，电流和线电压也不对称。在三相四线制星形连接的电路中，如果中线的阻抗足够小，那么负载端各相电压基本对称，线电压也基本对称，从而可看出中线在负载不对称时起到了很重要的 作用。但由于负载不对称，因此电流是不对称的三相电流，这时的中线电流将不再 为零。在三角形连接的电路中，如果负载不对称，负载的线、相电压仍然对称，但线、 相电流不再对称。如果三相电路其中一相或两相

4、开路也属于不对称情况。3三相负载接线原则连接后加在每相负载上的电压应等于其额定值。三、实验设备1. 实验电路板2. 三相交流电源3. 交流电压表或万用表4. 交流电流表5. 功率表6. 单掷刀开关7. 电流插头、插座四、实验内容及步骤1三相负载星形联结按图3-2接线，图中每相负载采用三只白炽灯，电源线电压为220乂V IvoZV220V图3-2三相负载星形联结 测量三相四线制电源的线电压和相电压，记入表 3-1(注意线电压和相 电压的关系)。UUv/VUVwWVuwuvuuvUVn/VUwNV219218220127127127表3-1(2)按表3-2内容完成各项测量，并观察实验中各白炽灯的亮

5、度。表中对称负载时为每相开亮三只灯；不对称负载时为U相开亮一只灯，V相开亮两只灯, W相开亮三只灯。测量值负载情况相电压相电流中线电流中点电压Un /VUVn nUwn NI UAI v/A1 WAI NAUN n/V对称 负载有中线1241241240.2680.2660.2710无中线1251251230.2680.2670.2701不对称 负载有中线1261251240.0960.1800.2710.158无中线167143780.1090.1920.22150表3-22.三相负载三角形联结按图3-3连线。测量功率时可用一只功率表借助电流插头和插座实现一表 两用，具体接法见图3-4所示。

6、接好实验电路后，按表3-3内容完成各项测量， 并观察实验中白炽灯的亮度。表中对称负载和不对称负载的开灯要求与表3-2中相同。图3-3三相负载三角形联结 测量 负载情 况 线电流(A)相电流(A)负载电压(V)功率(W)I UI VI WI UVI VWI WUUUvUVwUWuP1P2对称负 载0.6000.5930.5980.3480.3450.352213212215-111-109不对称 负载0.4280.3130.5080.1240.2340.355220217216-89.8-63.4表3-3五、实验数据及分析1.根据实验数据，总结对称负载星形联结时相电压和线电压之间的数值关系， 以

7、及三角形联结时相电流和线电流之间的数值关系。(1).星形连结：根据表3-1，可得：星形联结情况下，不接负载时，各路之间的线电压和各分 电源的相电压都分别相同，即 U= U=Uv=(218+219+220)/3=219V；Ujh=U=Uv=127V(本次实验中这三个电压为手动调节所得)。可以计算： 219/127=1.7244 3，即：线电压为相电压的3倍，与理论相符。根据表3-2，可得：星形联结情况下，接对称负载时，线电压不变，仍为表3-1 中的数据；而相电压在有中线都为124 V,在无中线时分别为125V、125V、123V,因此可认为它们是相同的。由此，得到的结论与上文相同，即：有中线时，

8、 219/124=1.76613 ，线电 压为相 电压的.3倍；无中 线时，(125+125+123)/3=124.3，219/124.3=1.7619 3，线电压为相电压的 3倍。综上所述，在对称负载星形联结时，不论是否接上负载（这里指全部接上或全部不接）、是否有中线，线电压都为相电压的3倍（2）.三角形联结2.根据表3-2的数据，按比例画出不对称负载星形联结三相四线制（有中线）的电流向量图，并说明中线的作用不对称负载星形联结三相四线制（有中 线）电流向量图如左图所示，根据 Iu+Iv+Iw=In，且根据对称关系三个相电流之 间的夹角各为120 0，因而根据几何关系画 出In。可见，In在数

9、值的大小上和三个相电 流并不成线性关系，而在角度（相位）上也没 有直观的规律。这是因为In是由三个互成1200的相电流合成的电流，是矢量的，与 直流电路的电流有很多不同性质，因而要 讲大小与方向结合计算才有意义。中线的作用：由左图可知，在不对称 负载星形联结（有中线）电路中，中线电流不 为0,因而如若去掉中线必会改变电路中电 流的流向，导致各相负载电压不同（即表3-2 中不对称且无中线的情况），这时部分负载 可能会由于电流过大而烧毁。因此中线起 到了电路中作为各相电流的回路的作用， 能够保证各相负载两端的电压相同（据表3-2也可看出），就能够保证负载正常运行， 不致损坏。因此中线在星形联结中是

10、至关 重要的，因而在通常的生产生活中的星形 联结三相电路都是有中线的。3. 根据表3-3的电压、电流数据计算对称、不对称负载三角形联结时的三相总 功率，并与两瓦特表法的测量数据进行比较。根据本实验电路，可知负载电路均为电阻性，不对电流相位产生影响，因此功 率因素为1，由此，可得：P= I uvX Ujv+ I VVX U/W I wlX Uvu因而据表3-3得：对称 负载：计算值 P=222.944W;测量值 P= Pl X P2=220W;相 差 （222.944-220）/220=1.34%不对称负载：计算值 P=154.738W 测量值P= P1 X R=153.2W;相差 （154.7

11、38-153.2）/153.2=1.00%（注：功率表的正负不影响功率的测量，因此将其当作正值计算。）通过上述计算，可见用二功率表测量法测出的功率与分别测量各负载电流电压 而计算得出的功率非常接近，相差仅约1%因此可以认为这两种方法测得的数据都是比较可靠的。这也表明该电路中只有负载端的负载在耗能，而电路的其他部分（如导线）几乎没有能量损耗。但通过上述数据也可发现，两组测量值都略小于计算值，分析有如下可能原因： (1).电路中可能存在多种因素导致功率因素小于 1，功率表在测量时已将功率因素 计算在内，而计算值是将功率因素当作1来算的，因此测量值会略小于计算值。(2). 存在某种系统误差，导致测量

12、结果有一定的趋向性，但可能导致这种误差的因素有 很多，比如仪表内部因素、电路连接因素等，难以确定具体由何种因素导致。 (3). 存在随机误差，导致两组测量值恰好都小于计算值，但这种可能性不大。另外，显然有：不对称负载功率 对称负载功率，这是因为在本实验中，对称 负载共开了 9盏灯，而不对称负载只开了 6盏，而又因为在三角形联结中各负载所 得的电压相同(这在表3-3中也可看出)，因此每盏灯所耗功率接近，导致对称负载 功率大于不对称负载。这完全是由实验设计决定，而与对称与否无关。六、实验结论本次实验是三相交流电路相关的实验， 通过本次实验，我们学习了三相交流电 路中三相负载的连接方法，了解了三相四

13、线制中线的作用，并掌握三相电路中功率 的测量方法。这与我们书上学到的理论知识有很好的关联性，在实验过程中将理论 结合于实践，使我们更好地掌握所学的知识。由于此次实验内容比较多，接线等操作也较为复杂，因此实验过程中要十分仔 细。在严格按照实验册上所给电路连好线后， 一定要再检查一遍电路再开电源， 以 免连接出错损坏仪器。由于本次实验采用上百伏的电压，因此实验过程中务必要注 意安全，必须待电路检查无误后再开电源， 一旦发生问题要先关闭电源再动手更改 连线。另外，由于本次实验用到了较多灯泡，在拿取灯泡时需小心，以免跌碎。另外，本次实验需要记录的数据也比较多，然而在后续的实验数据处理中并未 完全用到。

14、这些数据可以用于进行其他要求之外的分析，从而得出更多的结论；或者，也可用于相互验证，因为有些数据是有相关性的，比如三角形联结中的线电流 和相电流，可以由相电流互成120 o推出线电流的大小和方向。但也因为有这些数 据，可以比较计算值与测量值的异同， 从而得到更进一步的分析，更深入地了解三 相交流电路。七、思考题1、请问三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流 有何关系？答：线电压：两相之间的电压（实际也就是两条相线之前的电压）相电压：一相对地的电压（实际也就是相线与地之间的电压， 中性线接地系统 也就是相线与中性线间的电压，普通民用三相四线制线电网中即为火线和零线间的 电压）。线电流：导线上的电流。相电流：每一相上电流，星形负载时即为流过每一相负载的电流。三相