技能训练　三相交流电路电压、电流及功率的测量

一、操作目的

（1）掌握三相负载作星形连接、三角形连接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。

（2）充分理解三相四线供电系统中中线的作用。

（3）掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法。

二、操作器材

操作器材见表6-1。

表6-1　技能训练操作器材表

三、实验原理

（1）三相负载可接成星形（又称“Y”接）或三角形（又称“△”接）。当三相对称负载作Y形连接时，线电压UL是相电压UP的倍。线电流IL等于相电流IP，即

在这种情况下，流过中线的电流I0= 0，所以可以省去中线。

当对称三相负载作△形连接时，有 IL=IP, UL＝UP。

（2）不对称三相负载作 Y 连接时，必须采用三相四线制接法，即 Y0接法。而且中线必须牢固连接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

倘若中线断开，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。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。

（3）当不对称负载作△形连接时，IL≠IP，但只要电源的线电压UL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。

（4）对于三相Y形连接的负载，可用一只功率表测量各相的有功功率P1、P2、P3，则三相负载的总有功功率∑P=P1+P2+P3，这就是一瓦特表法，如图6-15所示。若三相负载是对称的，则只需要测量一相的功率，再乘以3即可得到三相的有功功率。

（5）在三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y形连接还是△形连接，都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率，测量线路如图6-16所示。当相位差φ＞60°时，若负载为感性或容性，则线路中的一只功率表指针将反偏（数显功率表将出现负读数），这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），其读数应记为负值，而三相总功率∑P=P1+P2（P1、P2本身不含任何意义）。

图6-15　三相四线制Y0接法有功功率测量图

图6-16　三相三线制有功功率测量图

除图6-16中的IU、UUW与IV、UVW接法外，还有IV、UVU与IW、UWU及IU、UUV与IW、UWV两种接法。

（6）对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q，测试原理如图6-17所示。

图6-17　无功功率测试原理图

图6-17中功率表读数的倍，即对称三相电路总的无功功率。除了图6-17给出的一种连接法（IU、UVW），还有，还有另外两种连接法，即（IV、UUW）或（IW、UUV）。

四、操作内容及步骤

1.三相负载星形连接（三相四线制供电）

按图6-18线路组接电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将三相调压器的旋柄置于输出为0 V的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220 V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表6-2中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。

图6-18　测试线路

表6-2　技能训练实验数据表1

2.负载三角形连接（三相三线制供电）

按图6-19改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220 V，并按表6-3的内容进行测试。

图6-19　测试线路

表6-3　技能训练实验数据表2(www.xing528.com)

3.用一瓦特表法测定三相对称Y0及不对称Y0接负载的总功率∑P

按图6-20所示线路接线，线路中的电流表和电压表用来监视该相的电流和电压。经指导教师检查合格后，接通三相电源，调节调压器输出，使输出线电压为220 V，按表6-4所列的要求进行测量及计算。

图6-20　一瓦特表法测定有功功率电路图

表6-4　一瓦特表法测定有功功率数据

4.用二瓦特表法测定三相负载的总功率

（1）按图6-21所示线路接线，将三相灯组负载按Y形连接。经指导教师检查合格后，接通三相电源，调节调压器的输出线电压为220 V，按表6-5所列的内容进行测量。

图6-21　二瓦特表法测定有功功率电路

（2）将三相灯组负载改成△形接法，重复（1）的测量步骤，将数据记于表6-5中。

表6-5　二瓦特表法测定有功功率数据

（3）将两只瓦特表依次按另外两种接法接入线路，重复（1）与（2）的测量（表格自拟）。

5.用一瓦特表法测定三相对称Y形负载的无功功率

（1）按图6-22所示的电路接线。

图6-22　无功功率测量电路

每相负载均由白炽灯和电容器并联而成，由开关控制其接入与否。检查接线无误后，接通三相电源，将调压器的出线电压调到220 V，读取三块表的读数，并计算无功功率∑Q，将测量值记录在表6-6中。

表6-6　无功功率测量数据

（2）分别按IV、UUW和IW、UUV接法，重复（1）的测量，并比较各自的∑Q值。

五、操作注意事项

（1）本操作采用三相交流市电，线电压为380 V，应穿绝缘鞋进实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

（2）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，必须严格遵守先断电、再接线、后通电，先断电、后拆线的实验操作原则。

（3）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。

（4）为避免烧坏灯泡，DGJ-04 实验挂箱内设有过压保护装置。当任一相电压在 245～250 V时，即声光报警并跳闸。因此，在做 Y接不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压小于 240 V 为宜。

六、思考

（1）三相负载根据什么条件做星形或三角形连接？

（2）复习三相交流电路有关内容，试分析三相星形连接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

（3）本次操作中为什么要通过三相调压器将380 V的市电线电压降为220 V的线电压使用？

七、操作报告要求

（1）用测得的数据验证对称三相电路中的关系。

（2）用测得的数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。

（3）不对称三角形连接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？

（4）根据不对称负载三角形连接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，并加以分析。

（5）心得体会及其他。