1、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:(下标 I 表示线的变量, 下标 p 表示相的变量)在四线制情况下,中线电流等于三个线电流的相量之和,即端线之间的电位差(即线电压)和每一相负载的相电压之间有下列关系: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:2)三角形连接的负载如图 2 所示:其特点是相电压等于线电压: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,
2、 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.
3、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 220V图 3-2 三相负载星形联结(1) 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/VUVW/VUWU/VUUN/VUVN/VUWN/V219218220127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UUN/VUVNUWN
4、IU/AIV/AIW/AIN/AUNN/V对称 负载有中线1240.2680.2660.271无中线1251230.2670.2701不对称负载1260.0960.1800.158167143780.1090.1920.22150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。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图 3-4 两瓦特表法测功率测 量值 负载情况线电流 (A)相电流 (A
5、)负载电压 (V)功率(W)IUIVIWIUVIVWIWUUUVUVWUWUP1P2对称负载0.6000.5930.5980.3480.3450.352213212215-111-109不对称负 载0.4280.3130.5080.1240.2340.355217216-89.8-63.4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 UUV=UVW=U
6、 WU =(218+219+220)/3=219V ;UUN=U VN=U WN =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 124V ,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, 219/124=1.7661 3 ,线电 压为 相电压 的 3 倍 ;无中线 时, (125+125+123)/3=124.
7、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 120o,因而根据几何关系画 出 IN 。可见, IN 在数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
8、规律。这是因为 IN 是由三个互成 120o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至关 重要的,因而在通常的生产生活中的星形
9、 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 UVUUVIVWUVWIWUUWU 因而据表3-3 得:对称负载:计 算值 P=222.944W ;测量值 P= P1 P2=220W ;相差 (222.944-220)/220=1.34%不对称负载:计算值 P=154.738W ;P2=153.2W ;相差 (154.738-153.2)/153.2=1.00%(注:功率表的正负不影响功率
10、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,导致测量结果有一定的趋向性,但可能导致这种 误差
11、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, 了解了三相四线制中线的作用,
12、 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。这些
13、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。 三相交流电路中负载星形连接时对负载侧:线电压=1 。732 相电压 线电流 = 相电流。2、说明在三相四线制供电系统中,中线的作用是什么? 答:首先,相四线是三根相线 ,一根 PE线,即“中线” .正常情况下 ,三相负载平 衡时不需要 N 线的.PE 用于接机壳 ,当设备发生对机壳漏电时 ,地线将机壳与大地 接起来 ,避免触电 .第二,中线肯定不能接保险丝。 三相中负载
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