三相电路电压电流及相序的测量

1、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） AT B T C 顺序输

2、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: eA Em sin t eB Em sin( t 120 ) ec Em sin( t 240 ) Em 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 3UB 30 ? ? ? ? U CA U C U A .3U C 30 （3）线电压、相电压、线

3、电流、相电流等表示法。 （如表 4.9-1 所示）。（1） 星形连接 （Y 连接一三相三线制及 ？Yo三相四线制）（如图 4.9-3 所示） ,（如图 4.9-4 所示）。 （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

4、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 UL与 UP UL 拓 Up UL 73uP UL V3Up UL TaUp UL Up UL Up U N 0 0 0 0 工 0 IL 与 IP IL =IP IL =IP IL =IP IL =IP IL Clp IL爲P

5、 丨0 0 工 0 接 法 线电压UL 相电压Up 线电流1 L 相电流IP 中线 电压 中线 电流 丫0 U AB、U BC、UCA UA、UB、UC 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、UC 0 I A、1 B、1 C I A、1 B、I C U N0 / ? U AB、U BC、U CA U A0、UB0、Uco 1 A、1 B I C IAB 、 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

6、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

7、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）、PB=Pc=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&

8、U& U&B 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： Up 丄 U&p（ 1 j）U&p（ ，& p jR p 2 2 R p UN 1 1 1 HR R R (设 XC=RB=RC,UA UP 0即 UA UP ), U&B U&B UN P( Up( 0.2 j0.6) Up( 0.2 j0.6) Up( 0.3 j1.466) l&C U&C U&N Up( j-23) U p( 0.2 j0.6) Up( 0.3 j

9、0.266) 即 UC 0.4Up 由于U B U 故B相灯较C相灯亮。 图 4.9-7 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 零线与地线混淆(地线可以某种形式与零线归一。 对于特殊情况下，地线需要与否以及如何 与零线归一的方式则不属此范畴)。 4.9.4 实验任务 1. 三相负载星形连接 按图 4.9-8 电路接线，即把三相负载插到三相自耦变压器的输出端，当让调压器的调压 旋转手柄逆时针旋到底，即输出电压为零状态。经老师检查接线合格后，方可接通负载电源。 顺时针调手柄升压(同时通过电压表监测)，使电源输出线电压上升至 220V，再按照表 4.9-3 的要求进

10、行相应的测试。 测量数据实验 内容(负载情 况) 开灯盏数 线电流(A) 线电压(V) 相电压(V) 中线电 流I0 中点电 压UNC A 相 B 相 C 相 IA 1 B IC UAB UBC UCA UAC UBC UCC 丫0 接 法 负载平衡 3 3 3 负载不衡 1 2 3 B相断开 1 3 丫接 法 负载平衡 3 3 3 / 负载不衡 1 2 3 B相断开 1 3 B相短路 1 3 2.三相负载三角形接法 按图 4.9-9 电路接线。经老师检查接线合格后，方可接通电源，调整自耦变压器使其输 出线电压为 220V。再按表 4.9-4 的要求进行相应测试，测试结果填入到表中。 图 4.

11、9-8 表 4.9-3 二 P 口训号丁器 图 4.9-9 表 4.9-4 测量数据（根 据负载情况） 开灯盏数 线电压、 相电压 (V) 线电流（A） 相电流（A） AB 相 BC相 CA相 UAB UBC UCA IA 1 B 1 C 1 AB 1 BC 1 CA 三相平衡 3 3 3 三相不平衡 1 2 3 3.相序的测量 负载按图 4.9-7 所示。ZA是1疔电容，ZB是 15W 灯泡，ZC是 15W 灯泡。负载输入端 与电源输出端连接方式按表 4.9-5 中给定方式进行，接线完成后，调压使线电压升至 220V , 测试结果填入到表 4.9-5 中， 并根据负载电压及亮度不同判定电源输

12、出端的相序 （ U、 V、 W 的先后顺序） 。 表 4.9-5 电源端 U V W U V W U V W 负载端 ZA ZB ZC ZC ZA ZB ZB ZA ZC 负载电压 较亮负载 相序判定 4.9.5 实验注意事项 1. 本实验采用三相交流电， 最高电压为 380V，必须注意安全，严禁穿拖鞋进入实验室。 2. 接线或拆线期间，应遵循断电、接线、检查、升压、测试、降压、断电、拆线规程。 3. 要求所有实验内容，必须限定所加的线电压为 220V。 4. 做负载短路实验时，B 相短路电流要测量。接线方式只能按星形三相三线制连接。 5. 测试电压使用万用表的表笔进行测量。 4.9.6 思考题 1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形接法？ 2. 为什么在实验中限定所加的线电压为 220V ? 3. 中线为什么不允许接保险丝或开关？ 4. 相