上海交通大学本科学位课程-电路实验-三相电路的电压和电流

三相电路的电压和电流测量实验目的实验原理实验仪器实验步骤实验报告要求实验现象实验结果分析实验相关知识实验标准报告实验目的1.加深理解三相电路中线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。2.掌握三相电路的正确连接方法及测量方法。3.研究三相不对称负载为星形时，中心点的位移和其所起的作用。实验原理1.三相电路三相电路是由三相电源供电的电路。三相电源能产生三个频率相同而相位互异的随时间按正弦函数变化的电动势。如果每相电动势的振幅相等、相位依次相差120°，则称为三相电动势。产生对称三相电动势且各相阻抗相等的电源的称为对称电源。当三相电动势的相序依次为A(或称为U相)—B(或称为V相)—C(或称为W相)（也可看成V—W—U或W—U—V）时称为正序，反之称为负序或逆序。本实验都是在三相电源的相序为正序的情况下进行测量。在三相电路中，负载一般也是三相的，即由三个部分组成，每一部分称为一个相。如三相负载各相阻抗值相同，则称为对称三相负载。三相负载有两种连接方式：星形连接和三角形连接。在三相电路中，电源或负载各相的电压称为相电压，端线之间的电压称为线电压；流过电源或负载各相的电流称为相电流，流过各端线的电流称为线电流。星形连接时，各相电压源的负极性连在一起称为三相电源的中点或零点。各相负载的一端接在一起称为负载的中点或零点。电源中点与负载中点的连线称为中线或零线。流过中线的电流称为中线电流，电源的中点N与负载的中点之间的电压时，在相量图上点与点不重合，此现象称为中点位移。N′0NNU′≠̇2.三相负载的星形连接图5.10.1负载星形连接电路ABCCxyzNN′在三相电路中，如图5.10.1所示，当负载为星形连接时，相电流等于线电流。在三相四线制时，中线电流等于三个相电流的相量和。即：当电源和负载对称时，中线电流为零，当负载不对称时，中线电流不等于零。线电压与相电压的关系为：NABCIIII=++̇̇̇̇''''''ABANBNBCBNCNCACNANUUUUUUUUU=−=−=−̇̇̇̇̇̇̇̇̇当电源和负载都对称时，线电压和相电压在数值上的关系为：当负载为三相三线制星形连接时，如果负载不对称，就会出现中点位移现象。当中点发生位移时，各相负载电压（相电压）将不相等。在负载为三相四线制对称负载连接时，各相相电压相等，中线电流等于零。在负载为三相四线制且负载不对称时，若中线的阻抗足够小，则各相负载电压仍将对称，从而可看出，中线起到了平衡每相电压的作用，此时中线电流不等于零。3UU=线相在工程中,中线也常常被称为零线,但由于实际当中很难实现三相的对称平衡，故零线上的电位通常不为零。3.三相电源的相序测定ABCCxyz图5.10.2相序器电路三相电源的相序测定可根据中点位移的原理，用实验方法来测定。测定相序的实验电路如图5.10.2所示，采用三线制不对称星形连接，假定任意一一相为A（U）相，其余两相为负载大小同的白炽灯，选择适当电容器C的值，使两相的白炽灯的亮度有明显的差别。根据理论分析，灯较亮的一相相位超前于灯较暗的一相，而滞后于接电容的一相。因此，灯较亮的一相为B（V）相,灯较暗的一相为C（W）相。4.三相负载的三角形连接ABCCxyz图5.10.3　负载三角形连接电路如图5.10.3所示，负载为三角形连接时线电压等于相电压。线电流与相电流之间有下列关系：当电源和负载对称时，线电流和相电流在数值上的关系为：AABCABBCABCCABCIIIIIIIII=−=−=−̇̇̇̇̇̇̇̇̇3II=线相实验仪器�电工实验台1台�交流电流表3只�交流电压表3只�三相电路实验板1块电工实验台交流电流表交流电压表三相电路实验板实验步骤1.测定电源相序按图5.10.2接线，C=4μF，白炽灯的额定功率为40W、额定电压为220V；测定相序。如假定的相序与实际相序不符，则调整电源与实验板的连接线，使实验板上B相的灯比C相的灯亮。2.三相四线制，负载为星形连接。按图5.10.1接线，测量线电压、相电压、中心点位移电压、线电流、相电流、中线电流。注意：没有特殊说明的负载均为两只串联的40W白炽灯（以下类同）。A相开路A相为4μF电容负载对称INICIBIAUNN'UCUBUAUCAUBCUAB三相负载情况表5.10.1三相四线制星形连接电压单位：V电流单位：A3.三相三线制，负载为星形连接断开中线，在负载分别为下列情况下，测量相电压、中心点位移电压、相电流。表5.10.2三相三线制星形连接电压单位：V电流单位：AA相为短路A相为开路A相为4μF电容负载对称ICIBIAUNN'UCUBUA三相负载情况4.按图5.10.3接线，在负载为下述情况下，测量线电流、相电流。表5.10.3三相三线制三角形连接电流单位：AA相为开路A相为4μF电容负载对称ICAIBCIABICIBIA三相负载情况实验报告要求1.画出电路图、列出实验所得数据表格。2.就上述各项任务，按比例，画出电压、电流相量图。实验现象1.三相三线制对称负载星形连接时，线电压是相电压的倍，线电流等于相电流，中线电流等于零。2.三相三线制不对称负载星形连接时，中点电压发生位移，线电压不等于相电压的倍，线电流等于相电流。3.三相四线制不对称负载星形连接时，线电压等于相电压的倍，线电流等于相电流。中线电流等于各相相电流之和。3334.三相对称负载三角形连接时。线电压等于相电压等于380V，线电流等于倍的相电流。5.三相不对称负载三角形连接时。线电压等于相电压等于380V。3实验结果分析1.写出相序器的工作原理。答：假定任一一相为A相，U相接电容，B、C相接相同功率的白炽灯，将三相负载连接成三相三线制不对称星形连接。由于中心点电压发生偏移，导致B相电压上升、C相电压降低。因此可根据白炽灯的亮度确定B相和C相。亮的一相为B相、暗的一相为C相。2.三相四线制有什么特点？在中线上否可安装保险丝？为什么？答：在三相四线制电路中，线电压等于380V，相电压等于220V。对称负载时中线电流为零。若负载不对称则中线电流不为零。中线上不能安装保险丝。若中线上安装保险丝，当中线电流超过保险丝的额定电流时，保险丝熔断，中线失去作用，导致相电压不等于220V，造成负载不能正常工作或损坏。3.三相负载为三角形连接时，当某一项电源断开时，灯泡的亮度有何变化？为什么？答：灯泡亮度变暗。因为某一项电源断开时，另一相的负载增加，而该相相电压不变，所以灯的亮度变暗。实验相关知识预习知识及要求相关知识点注意事项预习要求1.预习三相电路中线电压、线电流、相电压和相电流的基本概念。2.预习星形负载情况下中点的位移及中线所起的作用。3.了解三相三线制和四线制的特点相关知识点三相电源、三相负载和三相电路对称三相电路不对称三相电路的分析和计算注意事项1.测量时，严禁用身体的任何部位接触带电的金属裸露部分。2.严禁带电改接线路、拆线。3.测量时，应注意电表量程，切勿超过量程以免损坏电表。4.测量电流时，先开启电源，接通负载后，再将接电流表的电流插头插入电流插座。以免因电源短路或电容的冲击电流过大造成电表损坏。5.当电表读数出现8888或读数不正常时，请先关闭电表的电源，再接通电表电源。如电表读数仍不正常，则由指导教师解除故障。实验标准报告一、实验目的1.加深理解三相电路中线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。2.掌握三相电路的正确连接方法及测量方法。3.研究三相不对称负载为星形时，中心点的位移和其所起的作用。二、实验内容1.测定三相电源的相序。2.测量三相四线制星形联接时的电流和电压。3.测量三相三线制星形联接时的电流和电压。4.测量三相三线制三角形联接时的电流和电压。三、实验仪器交流电流表1只交流电压表1只三相电路实验板1块电工实验台1台四、实验用详细电路图1．测定三相电源相序ABCCxyz2．三相负载星形联接ABCCxyzNN′3．三相负载三角形联接ABCCxyz五、实验原理、计算公式当负载为星形连接时，相电流等于线电流。在三相四线制时，中线电流等于三个相电流的相量和。即：当电源和负载对称时，中线电流为零，当负载不对称时，中线电流不等于零。线电压与相电压的关系为NABCIIII=++̇̇̇̇''''''ABANBNBCBNCNCACNANUUUUUUUUU=−=−=−̇̇̇̇̇̇̇̇̇当电源和负载都对称时，线电压和相电压在数值上的关系为：当负载为三相三线制星形连接时，如果负载不对称，就会出现中点位移现象。当中点发生位移时，各相负载电压（相电压）将不相等。在负载为三相四线制对称负载连接时，各相相电压相等，中线电流等于零。在负载为三相四线制且负载不对称时，若中线的阻抗足够小，则各相负载电压仍将对称，从而可看出，中线起到了平衡每相电压的作用，此时中线电流不等于零。3UU=线相负载为三角形连接时线电压等于相电压。线电流与相电流之间有下列关系：当电源和负载对称时，线电流和相电流在数值上的关系为：AABCABBCABCCABCIIIIIIIII=−=−=−̇̇̇̇̇̇̇̇̇3II=线相六、实验数据记录1．三相四线制星形联接表5.10.1三相四线制星形连接电压单位：V电流单位：ANNU′0.180.120.1200223223224386386386A相开路0.240.120.120.230223223224386386386A相为4μF电容00.120.120.120223223224386386386负载对称INICIBIAUCNUBNUANUCAUBCUAB三相负载情况2．三相三线制星形联接表5.10.2三相三线制星形连接电压单位：V电流单位：ANNU′0.180.180.322213863860A相为短路0.120.120198168172330A相为开路0.120.120.2186174420240A相为4μF电容0.120.120.120223223224负载对称ICIBIAUCNUBNUAN三相负载情况3．三相负载三角形联接表5.10.3三相三线制三角形连接电流单位：A0.180.1800.380.230.23AB相为开路0.210.210.400.280.860.32AB相为4μF电容0.180.180.180.280.280.28负载对称ICAIBCIABICIBIA三相负载情况八、实验结果分析实验数据表明，三相四线制星形联接：线电压是相电压的倍，线电流等于相电流，当三相负载不对称时中线电流不等于零。三相三线制星形联接：线电流等于相电流，当三相负载对称时，线电压是相电压的倍；三相负载不对称时，中心点电位发生位移，使各相相电压不相等。三相负载三角形联接：线电压等于相电压，当三相负载对称时，线电流是相电流的倍；三相负载不对时，线电流为相333邻两相的相电流的相量差。