电路实验三相电

电路实验 实验名称： 三相交流电路 三相交流电路 1、 实验目的 1. 学习三相电源的相序判定方法； 2. 了解对称三相电路线电压与相电压、线电流和相电流之间的关系； 3. 了解负载不对称星形联结时的中性线作用； 4. 学会用三表法和二表法测量三相负载的有功功率。 2、 实验原理 1． 三相四线制电源 它是由一组频率相同、幅值相等、相位差为 的三个对称电动势构成的电路。电源通过三相开关向负载供电，其中不经过三相开关和熔断器的那根导线称为中线或零线（O），另外三根称为火线（A、B、C）。 2． 负载的星型联接 1） 对称负载 该电路的电压和电流之间有下列关系式成立： 相电压 线电压 线电流 相电流 中线电流 中线电压 由上面式子可以看出由于负载对称，造成 、 ，因此对于对称负载星型四线制联接电路，其中线没有存在的必要。因而，去掉中线的对称三线制星型联接的电路其电压和电流之间的关系都与对称四线制的相同。 2） 不对称负载 该电路的电压和电流之间有下列关系式成立： 若将中线去掉，可以得到不对称负载星型三线制电路。这种电路会造成负载相电压的不对称。 3． 负载的三角形联接： 该电路的电压和电流之间有下列关系式成立： 4． 三相负载的有功功率 （1） 在三相四线制电路中，可以用三只功率表同时测量三相负载的有功功率， 设测量结果分别为 、 、 ，则总负载功率为 。这种测量方法称为三表法。也可用一只功率表依次测量各相负载的功率，然后将它们相加得到总的负载功率。对于三相对称负载四线制电路，可以只测一相功率。设测得值为 ，则三相负载总功率为 。 （2） 在三相三线制负载电路中，不管负载是哪种接法、对称与否，都可以采用二表法 来测量三相负载的总功率。三相负载总功率为 。 3、 实验内容 1、 按图1所示电路判定三相电源的相序。 图1 相序指示器 按照图1连接电路，可以得出 在我们的实验中，我们按照图示连接电路图，线L1连接电容，线L2和线L3分别接灯泡，上电后看到L3线上的灯泡比L2线上的灯泡亮，所以得到的结论是：线L1为A相，线L3为B相，线L2为C相。 分析： 相序指示器可以通过负载灯泡的亮度来判断三相电源的相序A、B、C。 原理为： 由弥耳曼定理， 所以，当A相接 电容时，B相的灯泡比C相得灯泡亮。 2、 测量三相负载星形联结电路的电压、电流和负载功率，将实验数据填入表1中。 SHAPE \* MERGEFORMAT 图2 负载星形联结的电路图 3 三功率表法联结电路 表1 星形负载电路的测量 负载 每相开灯功率/W 线电压/V 相电压/V 线电流/mA 中性线电压/V 中性线电流/mA 三相负载功率/W A B C UAB UBC UCA UAN’ UBN’ UCN’ IA IB IC UNN’ IN PA PB PC P∑ 负载对称 有中性线 40×2 40×2 40×2 399.8 399.3 400.2 231.2 230.6 231.2 124.8 126.4 125.4 0 0 28.83 29.18 29.02 87.03 无中性线 40×2 40×2 40×2 400.0 399.7 400.4 230.9 228.3 230.1 124.8 125.7 125.1 1.7 / 28.82 28.73 28.83 86.38 负载不对称 有中性线 断 40×2 40×2 402.3 401.8 402.6 232.2 232.0 232.3 0 126.7 0125.7 0 0 0 29.44 29.22 58.66 40×3 40×2 40×2 402.4 402.6 403.3 232.2 232.4 232.9 103.2 127.0 125.7 0 23.1 24.01 29.53 29.33 82.87 无中性线 40×3 40×2 40×2 404.2 404.9 405.4 252.3 222.2 224.7 107.4 123.9 123.4 19.8 / 27.12 27.57 27.74 82.43 短 40×2 40×2 / 分析： 在星形负载对称电路中，通过实验数据我们可以看到 当有中性线时， ， 、 之间近似满足关系： 、 和 、 之间的关系也基本满足 同时 ， ， ； 、 和 之间的关系也近似满足： 当无中性线时， ， 、 之间近似满足关系： 、 和 、 之间的关系也基本满足 同时 ， ， ； 、 和 之间的关系也近似满足： 可见，在星形负载电路中，因为中线电流 ，中线电压 ，所以有无中性线对电路没有任何影响。 通过比较两次实验的结果也可以看出，有无中性线对对称负载电路没有影响。 且线电压等于 倍的相电压，即 线电流等于相电流，即 在对称负载电路中，功率为 和实验所测得的结果 十分接近，误差为 误差很小。 从实验数据中，我们也可以看出每一相的功率近似相等，即 且 在对称负载电路中 两种情况算出的结果基本相同。 在非对称负载电路中， 当电路中有中性线时， 由实验数据中可以看出，线电压和相电压仍然满足 倍的关系，即 ， 、 之间近似满足关系： 、 和 、 之间的关系也基本满足 即 但对于电流来说，不再满足 如果两条支路的负载相同，则这两条支路的电流值仍然相同。 并且此时中性线上无电压，但有电流，即 而且，当不对称负载电路中有中性线时，各相的功率不再相等，即 。 当电路中无中性线时， 线电压和相电压不再满足 倍的关系。各线的线电流也不再相同。并且此时 。 3、 测量三相负载三角形联结电路的电压、电流和负载功率，并填入表2中 图4 负载三角形联结电路 图5 二功率表法电路 表2 三角形负载电路的测量 每相开灯功率/W 相电压/V 相电流/mA 线电流/mA 三相负载功率/W AB BC CA UAB UBC UCA IAB IBC ICA IA IB IC P1 P2 P∑ 40×2 40×2 40×2 406.6 406.7 407.3 165.3 167.1 165.9 289.0 290.0 290.6 103.2 103.1 206.3 断 40×2 40×2 406.6 405.9 407.0 / 166.9 165.8 166.4 169.2 291.0 68.7 68.82 137.52 分析： 在三角形负载电路中，通过实验数据我们可以看到， 当负载电路对称时， ， ， ， 、 、 之间的关系近似满足 。 ， ， ， 即 和 之间基本满足关系 同样地， 、 和 、 之间也满足关系， 即，在三角形对称负载电路中，相电压等于线电压，线电流等于相电流的 倍。 电路中的功率， 与实验所测得的值比较接近，误差为 ， 实验中的误差有点偏大，这可能是由于实验仪器以及测量过程电路的不稳定所造成的。 电路中的总功率为 两种方法的结果十分接近，因此实验是成功的。误差为： ， 误差较小。 当负载不对称时， 相电压和线电压同样相等， 即 、 、 之间的关系近似满足 但线电流和相电流的关系不再满足 倍的关系。 即 与实验所测得结果十分接近，因此实验是成功的。误差为 误差较小。 电路中的总功率 两种方法所得的结果十分接近，因此实验是成功的。误差为 误差较小。 总结： 在实验中，我们可以看到相电压并不是完全等于220V，同时线电压也不是完全的等于380V，两者都比理论上的值偏高了一点，这主要是由于供电网络的不稳定造成的。但在三相对称负载电路中，通过分析，我们可以验证在三相星形联接对称负载电路中线电压是相电压的 倍，线电流和相电流相等；在三相三角形联接对称负载电路中线电流是相电流的 倍，线电压等于相电压。同时，在对称负载电路中，每相的功率相等。 在星形联接电路中，中线的存在作用是要分情况讨论的。如果是在对称负载电路中，因为中线电流 ，中线电压 ，所以中线的存在与否对电路没有影响。但是在不对称负载电路中，有中线时，电路的每一相的电压会基本相等，即电路的每一相的电压会比较稳定；而没有中线时，电路中每一相上的电压会严重地分配不均衡，电路系统会很不稳定。所以，在不对称星形负载电路中，中线的存在起了使电路系统稳定的作用。 四、思 1. 在三相四线制电路中，中线是不允许接熔断器的，为什么？ 答： 如果是在对称负载电路中，则中线的存在与否对电路没有任何影响；但在实际生活和实际应用中，电路中不可能完全的存在每相负载完全相同，因此在实际生活中，三相四线制电路所接的负载都是不对称的。在不对称负载电路中，有中线时，每一相上所分得的电压基本相同，所以电路系统中各个用电器可以正常稳定工作；但如果中线上接了熔断器，在电路工作电流过大的情况下熔断器会熔断，则中线会断开，此时在不对称负载电路中，会造成每相上的电压不均衡，有些相的电压会远远高于220V，则此时会烧坏用电设备，而有些相上的电压会很低很低，用电设备根本不能工作，此时电路系统会很不稳定。 2. 为什么不能在负载星形四线制和负载三角形电路中短接负载？若短接，其后果如何？ 答：因为在负载星形四线制和负载三角形电路中，短接负载，相当于将火线和零线短接了起来，此时火线上的电流会非常大，则火线上的熔断器会烧断。 如果短接，则火线上的熔断器烧坏，造成电路的不稳定。 3. 三相电源相序判定的原理是什么？ 答：由弥耳曼定理， 所以，当A相接 电容时，B相的灯泡比C相得灯泡亮。 因此可以根据负载灯泡的亮度来确定三相电路的A、B、C相序 4. 用二表法测量三相负载总功率的原理是什么？ 答： A C B N' 亮 C=4uF 暗 A B C N � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� ZA ZC ZB N' * A B C N 三 相 负 载 W W * * * * * W A B � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� ZB ZA ZC � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 三 相 负 载 W1 A B * * * * W2 C C _1354302853.unknown _1354303729.unknown _1354306844.unknown _1354308291.unknown _1354336568.unknown _1354338350.unknown _1354339067.unknown _1354339116.unknown _1354339152.unknown _1354339610.unknown _1354339611.unknown _1354339455.unknown _1354339125.unknown _1354339097.unknown _1354339046.unknown _1354339064.unknown _1354338692.unknown _1354337042.unknown _1354337109.unknown _1354336720.unknown _1354308964.unknown _1354336434.unknown _1354336501.unknown _1354336269.unknown _1354308676.unknown _1354308719.unknown _1354308867.unknown _1354308476.unknown _1354307185.unknown _1354307529.unknown _1354308030.unknown _1354308164.unknown _1354307731.unknown _1354307284.unknown _1354307479.unknown _1354307200.unknown 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