《三相交流電路》實驗報告

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1、 中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠程教育 實驗報告 課程名稱：電工電子學(xué) 實驗名稱：三相交流電路 實驗形式：在線模擬+現(xiàn)場實踐 提交形式：在線提交實驗報告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)層次： 15級函授（秋） 學(xué)習中心： 勝利油田純梁教學(xué)服務(wù)站 提交時間： 2016 年 12 月 7 日 一、實驗?zāi)康? 1.學(xué)習三相交流電路中三相負載的連接。 2.了解三相四線制中線的作用。 3.掌握三相電路功率的測量方法。 二、實驗原理 　1. 對稱三相電路中線、相電壓和線、相電流的關(guān)

2、系，三相電路中，負載的連接分為星形連接和三角形連接兩種。一般認為電源提供的是對稱三相電壓。 　　（1）星形連接的負載如圖1所示： 　　 　 圖1 星形連接的三相電路 　　A、B、C表示電源端，N為電源的中性點（簡稱中點），N 為負載的中性點。無論是三線制或四線制，流過每一相負載的相電流恒等于與之相連的端線中的線電流： 　　　　（下標I表示線的變量，下標p表示相的變量） 　　在四線制情況下，中線電流等于三個線電流的相量之和，即 　　端線之間的電位差（即線電壓）和每一相負載的相電壓之間有下列關(guān)系： 　　　　 　　　　 　　　　 　　當三相電路對稱時，線、相電壓和線、

3、相電流都對稱，中線電流等于零，而線、相電壓滿足： 　　　　 （2）三角形連接的負載如圖2所示： 　　　 　 　　其特點是相電壓等于線電壓： 　　線電流和相電流之間的關(guān)系如下： 　　　　 　　當三相電路對稱時，線、相電壓和線、相電流都對稱，此時線、相電流滿足： 　 　　2.不對稱三相電路 　　在三相三線制星形連接的電路中，若負載不對稱，電源中點和負載中點的電位不再相等，稱為中點位移，此時負載端各相電壓將不對稱，電流和線電壓也不對稱。 　　在三相四線制星形連接的電路中，如果中線的阻抗足夠小，那么負載端各相電壓基本對稱，線電壓也基本對稱，從而可看出中線在負載不對稱時起到了很重

4、要的作用。但由于負載不對稱，因此電流是不對稱的三相電流，這時的中線電流將不再為零。 　　在三角形連接的電路中，如果負載不對稱，負載的線、相電壓仍然對稱，但線、相電流不再對稱。 　　如果三相電路其中一相或兩相開路也屬于不對稱情況。 　　3.三相負載接線原則 　　連接后加在每相負載上的電壓應(yīng)等于其額定值。 三、實驗設(shè)備 1.實驗電路板 2.三相交流電源 3.交流電壓表或萬用表 4.交流電流表 5.功率表 6.單擲刀開關(guān) 7.電流插頭、插座 四、實驗內(nèi)容及步驟 1.三相負載星形聯(lián)結(jié) 按圖3-2接線，圖中每相負載采用三只白熾燈，電源線電壓為220V。 圖3-2 三

5、相負載星形聯(lián)結(jié) (1)測量三相四線制電源的線電壓和相電壓，記入表3-1(注意線電壓和相電壓的關(guān)系)。 UUV/V UVW/V UWU/V UUN/V UVN/V UWN/V 219 218 220 127 127 127 表3-1 (2)按表3-2內(nèi)容完成各項測量，并觀察實驗中各白熾燈的亮度。表中對稱負載時為每相開亮三只燈；不對稱負載時為U相開亮一只燈，V相開亮兩只燈，W相開亮三只燈。 測量值 負載情況 相電壓 相電流 中線電流 中點電壓 UUN’/V UVN’/V UWN’/V IU/A IV/A IW/A IN/A UN’N/V

6、對稱 負載 有中線 124 124 124 0.268 0.266 0.271 0 無中線 125 125 123 0.268 0.267 0.270 1 不對稱 負載 有中線 126 125 124 0.096 0.180 0.271 0.158 無中線 167 143 78 0.109 0.192 0.221 50 表3-2 2.三相負載三角形聯(lián)結(jié) 按圖3-3連線。測量功率時可用一只功率表借助電流插頭和插座實現(xiàn)一表兩用，具體接法見圖3-4所示。接好實驗電路后，按表3-3內(nèi)容完成各項測量，并觀察實驗中

7、白熾燈的亮度。表中對稱負載和不對稱負載的開燈要求與表3-2中相同。 圖3-3 三相負載三角形聯(lián)結(jié) 圖3-4 兩瓦特表法測功率 測量值 負載情況 線電流(A) 相電流(A) 負載電壓(V) 功率(W) IU IV IW IUV IVW IWU UUV UVW UWU P1 P2 對稱負載 0.600 0.593 0.598 0.348 0.345 0.352 213 212 215 -111 -109 不對稱負載 0.428 0.313 0.508 0.124 0.234 0.355 220 217 2

8、16 -89.8 -63.4 表3-3 五、實驗數(shù)據(jù)及分析 　1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)對稱負載星形聯(lián)結(jié)時相電壓和線電壓之間的數(shù)值關(guān)系，以及三角形聯(lián)結(jié)時相電流和線電流之間的數(shù)值關(guān)系。 (1).星形連結(jié)： 根據(jù)表3-1，可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，不接負載時，各路之間的線電壓和各分電源的相電壓都分別相同，即UUV= UVW=UWU=(218+219+220)/3=219V；UUN=UVN=UWN=127V(本次實驗中這三個電壓為手動調(diào)節(jié)所得)。可以計算：219/127=1.7244≈，即：線電壓為相電壓的倍，與理論相符。 根據(jù)表3-2，可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，接對稱負載時，線電壓不變，仍

9、為表3-1中的數(shù)據(jù)；而相電壓在有中線都為124V，在無中線時分別為125V、125V、123V，因此可認為它們是相同的。由此，得到的結(jié)論與上文相同，即：有中線時，219/124=1.7661≈，線電壓為相電壓的倍；無中線時，(125+125+123)/3=124.3，219/124.3=1.7619≈，線電壓為相電壓的倍。 綜上所述，在對稱負載星形聯(lián)結(jié)時，不論是否接上負載(這里指全部接上或全部不接)、是否有中線，線電壓都為相電壓的倍。 (2).三角形聯(lián)結(jié) 不對稱負載星形聯(lián)結(jié)三相四線制(有中線)電流向量圖如左圖所示，根據(jù)IU+IV+IW=IN，且根據(jù)對稱關(guān)系三個相電流之間的夾角各為120，

10、因而根據(jù)幾何關(guān)系畫出IN。可見，IN在數(shù)值的大小上和三個相電流并不成線性關(guān)系，而在角度(相位)上也沒有直觀的規(guī)律。這是因為IN是由三個互成120的相電流合成的電流，是矢量的，與直流電路的電流有很多不同性質(zhì)，因而要講大小與方向結(jié)合計算才有意義。 中線的作用：由左圖可知，在不對稱負載星形聯(lián)結(jié)(有中線)電路中，中線電流不為0，因而如若去掉中線必會改變電路中電流的流向，導(dǎo)致各相負載電壓不同(即表3-2中不對稱且無中線的情況)，這時部分負載可能會由于電流過大而燒毀。因此中線起到了電路中作為各相電流的回路的作用，能夠保證各相負載兩端的電壓相同(據(jù)表3-2也可看出)，就能夠保證負載正常運行，不致?lián)p壞。因此

11、中線在星形聯(lián)結(jié)中是至關(guān)重要的，因而在通常的生產(chǎn)生活中的星形聯(lián)結(jié)三相電路都是有中線的。 2.根據(jù)表3-2的數(shù)據(jù)，按比例畫出不對稱負載星形聯(lián)結(jié)三相四線制(有中線)的電流向量圖，并說明中線的作用。 3.根據(jù)表3-3的電壓、電流數(shù)據(jù)計算對稱、不對稱負載三角形聯(lián)結(jié)時的三相總功率，并與兩瓦特表法的測量數(shù)據(jù)進行比較。 根據(jù)本實驗電路，可知負載電路均為電阻性，不對電流相位產(chǎn)生影響，因此功率因素為1，由此，可得：P= IUVUUV＋IVWUVW＋IWUUWU 因而據(jù)表3-3得： 對稱負載：計算值P=222.944W；測量值P= P1P2=220W；相差(222.94

12、4-220)/220=1.34% 不對稱負載：計算值P=154.738W；測量值P= P1P2=153.2W；相差(154.738-153.2)/153.2=1.00% (注：功率表的正負不影響功率的測量，因此將其當作正值計算。) 通過上述計算，可見用二功率表測量法測出的功率與分別測量各負載電流電壓而計算得出的功率非常接近，相差僅約1%，因此可以認為這兩種方法測得的數(shù)據(jù)都是比較可靠的。這也表明該電路中只有負載端的負載在耗能，而電路的其他部分(如導(dǎo)線)幾乎沒有能量損耗。 但通過上述數(shù)據(jù)也可發(fā)現(xiàn)，兩組測量值都略小于計算值，分析有如下可能原因：(1).電路中可能存在多種因素導(dǎo)致功率因素小于1

13、，功率表在測量時已將功率因素計算在內(nèi)，而計算值是將功率因素當作1來算的，因此測量值會略小于計算值。(2).存在某種系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果有一定的趨向性，但可能導(dǎo)致這種誤差的因素有很多，比如儀表內(nèi)部因素、電路連接因素等，難以確定具體由何種因素導(dǎo)致。(3).存在隨機誤差，導(dǎo)致兩組測量值恰好都小于計算值，但這種可能性不大。 另外，顯然有：不對稱負載功率<對稱負載功率，這是因為在本實驗中，對稱負載共開了9盞燈，而不對稱負載只開了6盞，而又因為在三角形聯(lián)結(jié)中各負載所得的電壓相同(這在表3-3中也可看出)，因此每盞燈所耗功率接近，導(dǎo)致對稱負載功率大于不對稱負載。這完全是由實驗設(shè)計決定，而與對稱與否無關(guān)。

14、 六、實驗結(jié)論 本次實驗是三相交流電路相關(guān)的實驗，通過本次實驗，我們學(xué)習了三相交流電路中三相負載的連接方法，了解了三相四線制中線的作用，并掌握三相電路中功率的測量方法。這與我們書上學(xué)到的理論知識有很好的關(guān)聯(lián)性，在實驗過程中將理論結(jié)合于實踐，使我們更好地掌握所學(xué)的知識。 由于此次實驗內(nèi)容比較多，接線等操作也較為復(fù)雜，因此實驗過程中要十分仔細。在嚴格按照實驗冊上所給電路連好線后，一定要再檢查一遍電路再開電源，以免連接出錯損壞儀器。由于本次實驗采用上百伏的電壓，因此實驗過程中務(wù)必要注意安全，必須待電路檢查無誤后再開電源，一旦發(fā)生問題要先關(guān)閉電源再動手更改連線。另外，由于本次實驗用到了較多

15、燈泡，在拿取燈泡時需小心，以免跌碎。 另外，本次實驗需要記錄的數(shù)據(jù)也比較多，然而在后續(xù)的實驗數(shù)據(jù)處理中并未完全用到。這些數(shù)據(jù)可以用于進行其他要求之外的分析，從而得出更多的結(jié)論；或者，也可用于相互驗證，因為有些數(shù)據(jù)是有相關(guān)性的，比如三角形聯(lián)結(jié)中的線電流和相電流，可以由相電流互成120 推出線電流的大小和方向。但也因為有這些數(shù)據(jù)，可以比較計算值與測量值的異同，從而得到更進一步的分析，更深入地了解三相交流電路。 七、思考題 1、請問三相負載按星形或三角形連接，它們的線電壓與相電壓、線電流與相電流有何關(guān)系？ 答：線電壓：兩相之間的電壓（實際也就是兩條相線之前的電壓） 相電壓：一相對地的電壓

16、（實際也就是相線與地之間的電壓，中性線接地系統(tǒng)也就是相線與中性線間的電壓，普通民用三相四線制線電網(wǎng)中即為火線和零線間的電壓） 線電流：導(dǎo)線上的電流。 相電流：每一相上電流，星形負載時即為流過每一相負載的電流。 三相交流電路中負載星形連接時 對負載側(cè)： 線電壓=1。732相電壓 線電流=相電流。 2、說明在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線的作用是什么？ 答：首先，相四線是三根相線,一根PE線，即“中線”.正常情況下,三相負載平衡時不需要N線的.PE用于接機殼,當設(shè)備發(fā)生對機殼漏電時,地線將機殼與大地接起來,避免觸電. 第二，中線肯定不能接保險絲。三相中負載平衡時中線沒有電流通過，但負載不平衡時，中線上的電流是很大的，就是可能使三相相電壓失去平衡，損壞用電設(shè)備。