三相電路電壓、電流的測量--電路及電工儀表實驗

一．實驗目的
1．練習三相負載的星形聯接和三角形聯接。
2．了解三相電路線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關系。
3．了解三相四線制供電系統中中線的作用。
4．觀察線路故障時的情況。
二．原理說明
電源用三相四線制向負載供電，三相負載可接成星形（又稱‘Ｙ’形）或三角形（又稱‘Δ’形）。
當三相對稱負載作‘Ｙ’形聯接時，線電壓Ｕ_Ｌ是相電壓Ｕ_Ｐ的倍，線電流Ｉ_Ｌ等于相電流Ｉ_Ｐ，即： ，流過中線的電流Ｉ_N＝０；作‘Δ’形聯接時，線電壓Ｕ_Ｌ等于相電壓Ｕ_Ｐ，線電流Ｉ_Ｌ是相電流Ｉ_Ｐ的倍，即：
不對稱三相負載作‘Ｙ’聯接時，必須采用‘Ｙ_Ｏ’接法，中線必須牢固聯接，以保證三相不對稱負載的每相電壓等于電源的相電壓（三相對稱電壓）。若中線斷開，會導致三相負載電壓的不對稱，致使負載輕的那一相的相電壓過高，使負載遭受損壞，負載重的一相相電壓又過低，使負載不能正常工作；對于不對稱負載作‘Δ’ 聯接時，Ｉ_Ｌ≠Ｉ_Ｐ，但只要電源的線電壓Ｕ_Ｌ對稱，加在三相負載上的電壓仍是對稱的，對各相負載工作沒有影響。
本實驗中，用三相調壓器調壓輸出作為三相交流電源，用三組白熾燈作為三相負載，線電流、相電流、中線電流用電流插頭和插座測量。
三．實驗設備
1．三相交流電源；
2．交流電壓、電流、功率、功率因數表；
3．NEEL-17B組件。
四．實驗內容

1．三相負載星形聯接（三相四線制供電）
實驗電路如圖24－1所示，將白熾燈按圖所示，連接成星形接法。用三相調壓器調壓輸出作為三相交流電源，具體操作如下：將三相調壓器的旋鈕置于三相電壓輸出為０Ｖ的位置（即逆時針旋到底的位置），然后旋轉旋鈕，調節調壓器的輸出，使輸出的三相線電壓為220Ｖ。測量線電壓和相電壓，并記錄數據。
(1)在有中線的情況下，測量三相負載對稱和不對稱時的各相電流、中線電流和各相電壓，將數據記入表24－1中，并記錄各燈的亮度。
(2)在無中線的情況下，測量三相負載對稱和不對稱時的各相電流、各相電壓和電源中點N到負載中點Nˊ的電壓U_NNˊ，將數據記入表24－1中，并記錄各燈的亮度。
表24—1.1   負載星形聯接實驗數據

中線 連接	每相燈數			負載相電壓（Ｖ）			電流（A）				UNNˊ （V）	亮度比較 A、B、C
	A	B	C	UA	UB	UC	IA	IB	IC	IN
有	1	1	1
	1	2	1
	1	斷開	2
無	1	斷開	2
	1	2	1
	1	1	1
	1	短路	3

表24—1.2   負載星形聯接實驗數據

中線 連接	每相燈數			負載相電壓（Ｖ）			電流（A）				UNN （V）	亮度比較 A、B、C
	A	B	C	UA	UB	UC	IA	IB	IC	IN
有	1	1	1
	1	2	1
	1	斷開	2
無	1	斷開	2
	1	2	1
	1	1	1

2．三相負載三角形聯接
實驗電路如圖24－2所示，將白熾燈按圖所示，連接成三角形接法。調節三相調壓器的輸出電壓，使輸出的三相線電壓為220量三相負載對稱和不對稱時的各相電流、線電流和各相電壓，將數據記入表24－2中，并記錄各燈的亮度。
表24—2.1  負載三角形聯接實驗數據

每相燈數

相電壓（Ｖ）

線電流(Ａ)

相電流(Ａ)

亮度比 較

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  負載三角形聯接實驗數據

每相燈數

相電壓（Ｖ）

線電流(Ａ)

相電流(Ａ)

亮度比 較

A-B

B-C

C-A

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

1

1

1

1

2

1

五．實驗注意事項
1．每次接線完畢，同組同學應自查一遍，然后由指導教師檢查后，方可接通電源，必須嚴格遵守先接線，后通電；先斷電，后抓線的實驗操作原則。
2．星形負載作短路實驗時，必須首先斷開中線，以免發生短路事故。
3．測量、記錄各電壓、電流時，注意分清它們是哪一相、哪一線，防止記錯。
六．預習與思考題
1．三相負載根據什么原則作星形或三角形連接？本實驗為什么將三相電源線電壓設定為220V？
2．三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系？當三相負載對稱時又有何關系？
3．說明在三相四線制供電系統中中線的作用，中線上能安裝保險絲嗎？為什么？
七．實驗報告要求
1．根據實驗數據，在負載為星形連接時，在什么條件下成立？在三角形連接時，在什么條件下成立？
2．用實驗數據和觀察到的現象，總結三相四線制供電系統中中線的作用。
3．不對稱三角形聯接的負載，能否正常工作？實驗是否能證明這一點？
4．對稱負載三角形聯接時的實驗數據，畫出各相電壓、相電流和線電流的相量圖，并證實實驗數據的正確性。