三相电路电压、电流的测量--电路及电工仪表实验

一．实验目的
1．练习三相负载的星形联接和三角形联接。
2．了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系。
3．了解三相四线制供电系统中中线的作用。
4．观察线路故障时的情况。
二．原理说明
电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Ｙ’形）或三角形（又称‘Δ’形）。
当三相对称负载作‘Ｙ’形联接时，线电压Ｕ_Ｌ是相电压Ｕ_Ｐ的倍，线电流Ｉ_Ｌ等于相电流Ｉ_Ｐ，即： ，流过中线的电流Ｉ_N＝０；作‘Δ’形联接时，线电压Ｕ_Ｌ等于相电压Ｕ_Ｐ，线电流Ｉ_Ｌ是相电流Ｉ_Ｐ的倍，即：
不对称三相负载作‘Ｙ’联接时，必须采用‘Ｙ_Ｏ’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作；对于不对称负载作‘Δ’ 联接时，Ｉ_Ｌ≠Ｉ_Ｐ，但只要电源的线电压Ｕ_Ｌ对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。
本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。
三．实验设备
1．三相交流电源；
2．交流电压、电流、功率、功率因数表；
3．NEEL-17B组件。
四．实验内容

1．三相负载星形联接（三相四线制供电）
实验电路如图24－1所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为０Ｖ的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220Ｖ。测量线电压和相电压，并记录数据。
(1)在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表24－1中，并记录各灯的亮度。
(2)在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点Nˊ的电压U_NNˊ，将数据记入表24－1中，并记录各灯的亮度。
表24—1.1   负载星形联接实验数据

中线 连接	每相灯数			负载相电压（Ｖ）			电流（A）				UNNˊ （V）	亮度比较 A、B、C
	A	B	C	UA	UB	UC	IA	IB	IC	IN
有	1	1	1
	1	2	1
	1	断开	2
无	1	断开	2
	1	2	1
	1	1	1
	1	短路	3

表24—1.2   负载星形联接实验数据

中线 连接	每相灯数			负载相电压（Ｖ）			电流（A）				UNN （V）	亮度比较 A、B、C
	A	B	C	UA	UB	UC	IA	IB	IC	IN
有	1	1	1
	1	2	1
	1	断开	2
无	1	断开	2
	1	2	1
	1	1	1

2．三相负载三角形联接
实验电路如图24－2所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为220量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表24－2中，并记录各灯的亮度。
表24—2.1  负载三角形联接实验数据

每相灯数

相电压（Ｖ）

线电流(Ａ)

相电流(Ａ)

亮度比 较

A-B

B-C

C-A

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

1

1

1

1

2

3

表24—2.2  负载三角形联接实验数据

每相灯数

相电压（Ｖ）

线电流(Ａ)

相电流(Ａ)

亮度比 较

A-B

B-C

C-A

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

1

1

1

1

2

1

五．实验注意事项
1．每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后抓线的实验操作原则。
2．星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。
3．测量、记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，防止记错。
六．预习与思考题
1．三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？本实验为什么将三相电源线电压设定为220V？
2．三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？当三相负载对称时又有何关系？
3．说明在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？为什么？
七．实验报告要求
1．根据实验数据，在负载为星形连接时，在什么条件下成立？在三角形连接时，在什么条件下成立？
2．用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用。
3．不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？
4．对称负载三角形联接时的实验数据，画出各相电压、相电流和线电流的相量图，并证实实验数据的正确性。