实验5 三相交流电路
一、实验目的
1．学习三相负载的正确联接方法。
2．掌握三相电路中线电压、相电压、线电流、相电流的关系，了解三相四线制低压配电系统中中线的作用。
3．学习用二瓦特计法测三相负载的功率。
4．学习根据实验内容的要求选择仪表和量程，自拟实验电路及数据表格。 二、实验原理
1．工业及民用的交流电源，几乎都是由三相电源供给的，单相交流电源也是由三相电源的一相提供的。三相电源一般来自发电机或变压器二次侧的三个绕组。三个绕组的始端为A、B、C、末端为X、Y、Z ，若将三个绕组的末端连在一起，便形成星形（Y型）联结。三个绕组的连接点成为一个公共端，称为中点，从公共端引出的导线称为中线（或零线），并用字母N表示，有时中线与大地直接相连称为地线。从三个绕组始端引出的三条输电线称为端线或相线（俗称火线）。这时电源有四条输电线，称为三相四线制电源。
端线（A、B、C）与中线之间的电压，就是一相绕组的电压，称为相电压，用UP表示。相电压有三个，即UA、UB、UC，三个相电压是一组对称的电压，它们的相量表示式为
U?A?UP?0?
U??U?-120?
BPU?C?UP??120?
任意两根端线（火线）之间的电压，称为三相电源的线电压，用Ul表示。三个线电压与相电压之间的关系为
U?AB?U?A-U?B
U?BC?U?B-U?C U?CA?U?C-U?A
根据它们之间的几何关系，可得
U??3U?30?
ABPU?BC?3UP?-90?
U?AC?3UP??150?
三个线电压也是一组对称的电压，线电压的大小是相电压的3倍，在相位上超前相应的相电
?压30。如果三相四线制电源的线电压Ul?380V，则此电源的相电压UP?3803?220V。
2．三相交流电路中负载有星形和三角形两种联结方法，如图4.5.1。采用哪种联结方法取决于电源电压与负载的额定电压。目前我国低压配电大多数为380V，三相四线制系统，通常电灯（单相负载）的额定电压为220V，因此要接在相线与中线之间，并尽可能使电源各相负载均匀、对称，所以总体看负载联结成星形。由于有中线，可以保证在负载不对称时，负载各相电压仍是对称的。三相异步电动机、三相电炉等为三相对称负载（指各相负载阻抗的
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模与阻抗角完全相等，即ZA?ZB?ZC），所以当星形联结时，由于中线电流IN等于零，可以采用三相三线制（即去除中线）。本实验用白炽灯来模拟三相负载。
I?AAU?A?I?A?ZCAI?CAZAZABN?U?CI?NZC?N?ZBI?ABI?BCU?BI?CI?BBC??I?BI?C?ZBC?(a)(b) 图4..5.1三相电路中负载的联接
（a）负载星形联结 （b）负载三角形联结
3．三相对称负载不论是星形还是三角形联结，三相电路的有功功率
P?3PP?3UPIPcos??3UlIlcos?
式中PP为其中一相的功率，IP及Il为相电流及线电流，?为相电压和相电流的相位差。
三相电路有功功率的测量，在三相四线制供电系统中，可采用一瓦特计法（负载对称）和三瓦特计法（负载不对称）。对三相三线制供电系统，不论负载对称与否，亦不论负载是星形还是三角形联接，一般都采用二瓦特计法。
*A?B?C?*?W1*?*W三相负载??
图4.5.2二瓦特计法测量三相功率
本实验采用二瓦特计法测量三相功率，测量的原理电路如图4.5.2所示。三相电路的总功??0.5时（例如电动率等于两个功率表读数的代数和，即P＝P1±P2。当负载的功率因数cos机空载或轻载运行），测量时会出现一个功率表指针反偏现象，无法读数，此时可拨动面板上的极性开关（有些功率表无此开关，可调换电流线圈的两个接线端），使指针正偏，但读数应取负值。本次实验为电阻性电灯负载，不会出现负值，测量的总功率就为P＝P1＋P2。 三、实验仪器和设备
电流插座、插头（各1 ）、灯板（配4个220V、100V白炽灯泡）、交流电压表（0～250～500V）、交流电流表（0～1～2A及0～0.5～1A各1 ）、功率表（0～0.5～1A、0～75～150～300～600V）。
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四、实验内容和步骤
1．本实验采用线电压为220V的三相电源，用四个220V、100W的白炽灯泡接成三相负载。
2．灯泡负载接成星形
（1）测量对称负载有中线及无中线两种情况下的各线电压、相电压、线电流，有中线时的中线电流和无中线时电源中点与负载中点之间的电压UN'N。将测得数据记入自拟表格。 （2）测量不对称负载（A相负载中并接一个白炽灯泡），有中线及无中线两种情况下与实验内容2（1）中所测相同内容的各数据，记入自拟表格。
3．灯泡负载接成三角形
（1）测量负载对称与不对称（AB相负载上并接一个白炽灯泡）两种情况下的各线电压、线电流及AB相的相电流，将测得数据记入自拟表格。
（2）用二瓦计法测量对称情况下三相灯泡负载的总功率，将两功率表的数据记入自拟表格。 五、预习要求
1．将图4.5.3中白炽灯泡负载画成星形联结和三相电流插座及电源开关相连。要求一次接线能完成实验内容2中各项要求。分析图（c）中S1、S2起什么作用。
2．将图4.5.3中白炽灯泡负载画成三角形联结的三相对称负载，并在AB相中串联一个测量相电流的电流表。
?B?~220VC?N?A???????????????S1S2????? （a） (b) (c) 图4.5.3三相交流实验中所用电源板、电流插座及灯板的示意图 （a）电源的开关板 (b)电流插座 (c) 灯板
3．根据实验内容1、2、3，自拟相应的数据表格和选择仪表量程。
4．按实验内容3（2）的要求，画出用二瓦特计法测量三相功率的接线图。
六、实验总结报告
1．根据实验内容2的结果，说明中线的作用，以及在星形联结时Ul?3UP 的条件。 2．画实验内容2（2）中不对称负载星形联接有中线情况下的电流相量图（以UA为参考相量）。
3．画出实验内容3（1）不对称负载情况下的各线电流和AB相电流的相量图（以UAB为参考量）。
实验6 单相变压器及单相异步电动机的使用
一、实验目的
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三相交流电路实验
