三相电电压电流的测量方法

1.实验目的

（1）学习三相负载星形连接的方法，验证线、相电压，线、相电流之间的关系。

（2）研究三相四线制中线的作用。

（3）学习使用三瓦特计法测量三相负载的总功率。

2.实验原理与说明

1）三相电路中电压和电流的测量

三相电路中的电源和负载均有星形连接和三角形连接两种连接方式。当负载作星形连接时，三相电路有三相三线制和三相四线制两种供电形式；当负载作三角形连接时，只有三相三线制一种供电形式。三相电路中的电源和负载均有对称和不对称两种情况。本实验只研究三相电源对称且为星形连接，三相负载作星形连接时的情况。

本实验中的三相电源是由三相市电（线电压380 V）通过三相调压器rT 提供的。三相调压器rT 由三台相同的单相调压器AT、BT、CT 在星形连接方式下组成，每个单相调压器的调节电压的滑块都固定在同一根转轴上，旋转手柄即改变滑块位置时，能同时调节其副边的三相输出电压，并保证三相电压的对称，相电压的调节范围是0～250 V（对应的线电压为0～450 V）三相调压器的连线端较多，接线时务必核对清楚，不可弄错。三个输入端连向外供三相电源，三个输出端连向负载，调压器的中性点与外供电源的中线相接。在合上和断开三相电源前，调压器的手柄位置需回零。

（1）三相负载星形连接。

在三相电路中，当负载做星形连接时（见图2-8-1），不论是三线制还是四线制，相电流恒等于线电流即。线电压与相电之间的关系为：

①负载星形连接的三相三线制电路。

在图2-8-1 电路中，当开关2S 断开时，即为负载星形连接的三相三线制电路，当负载对称，即 ZA=ZB=ZC时，星形负载的相电流、相电压、线电压均对称，相、线电压的相量图如图2-8-2（a）所示。此时线电压的有效值LU是相电压有效值PU 的倍，即电源的中性点N 和负载的中性点N′为等位点，即。

图2-8-1　星形接法三相电路

当负载不对称时，负载的线电压仍对称，但负载相电流、相电压不再对称，图2-8-2（b）是这种情况下的负载的相、线电压的相量图，可看出负载线、相电压之间倍的关系不复存在，两中性点N 和N′不为等电位点，即，称中性点发生位移。

图2-8-2　负载星形连接的三相三线制电路、相、线电压相量图

②负载星形连接的三相四线制电路。

在图2-8-1所示的电路中，当开关S2闭合时，电路的两个中性点N和N′之间连接一根导线（称为中性线）则成为三相四线制电路，中线电流等于三个线电流的相量和，即。不论负载是否对称，均有。

当负载对称时，电路的情况和对称的三相三线制相同，即相电压、线电压、相电流均对称，且中线电流O0I=˙。

当负载不对称时，线电压仍对称，在中性线阻抗足够小时，各相负载电压也仍对称，但相（线）电流不对称，且中线电流不为零，即。中性线的作用就是使星形连接的不对称负载的相电压对称。

③某一相负载短路与开路情况。

在图2-8-1所示的电路中，如果A相负载短路，即A0Z=时，当电路为三线制接法（S2断开）时，A相成了中性点N′，则负载的各相电压为：即B、C相负载电压为电源的线电压，将使这两相灯组所加电压超过灯的额定电压，而被烧坏；当电路为四线制法（S2闭合）时，A相短路电流很大，将烧断熔断器FUA，B、C相不受影响。因此对于星形接法三相电路，无论是三线制或是四线制都不允许出现相负载短路情况。

如果A相负载开路，即AZ=∞，当电路为三线制接法时，B、C相负载BZ、CZ相串连接在电源的线电压BCU˙ 上，两相电流相同。两相负载上的电压，决定于两灯组电阻的比值，如果B 组灯电阻大于C 组，则B相电压有可能高于灯的额定电压而被烧坏。因此星形接法三相三线制不对称负载电路，不允许出现某相负载开路情况；当电路为四线制接法时，B、C相不受影响。

2）三相电路有功功率测量

三相负载所吸收的总功率等路相负载消耗功率之和，即P=PA+PB+PC。

三瓦特计法：对于三相四线制电路，可用三个功率表同时测量三相负载消耗的功率，相加得到三相电路的有功功率。也可用一个功率表分别测量各相负载的功率，再求和。当三相负载对称时，可只用一个功率表测量任一相的功率，将表的示值乘以3 即得到三相电路的总功率。测量每相功率时，功率表的接法如图2-8-3所示。

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图2-8-3　三相四线制电路三瓦特计法功率测量电路

3.实验任务、步骤与方法

1）三相负载星形连接（三相四线制供电）电压、电流测量

用挂箱DGJ-04 按图2-8-1 连接实验线路，将三相调压器的旋柄置于输出为零伏的位置（即逆时针旋到底），经检查线路连接正确后，方可开启实验台电源，调节调压器，使其输出的线电压为220 V，断电待用。

（1）有中线，对称负载。合上开关S2即连接中线NN′，各相分别接入3 个15 W 灯泡相并联的负载，分别测量各相负载的线电压、相电压、线电流和中线电流，记入表2-8-1中。

表2-8-1　星形连接三相电路实验数据

（2）无中线，对称负载，断开并S2，各相负载不变，重复测量并记录各相负载的线电压、相电压、线电流、电源与负载中性点NN′间的电压，观察中线对星形连接对称负载是否有影响。

（3）有中线，不对称负载。合上开关S2，A、B、C相接入的15 W 灯泡并联数分别为1、2、3 个，重复测量并记录（1）中各量。

（4）无中线，不对称负载。断开开关 S2，各相负载同（3），重复测量（2）中各量，观察各相灯的明暗变化程度，以此了解中线的作用。

（5）无中线、不对称负载特例，在（4）的基础上，使C相开路，观察A、B两相灯亮度的变化。

2）三瓦特计法测量有中线星形连接三相电路负载有功功率

（1）负载对称，先将调压器调至输出0 V输出后断电，用DGJ-04挂箱，按图2-8-1连接三相对称负载，再按图2-8-5先将功率表、电流表、电压表接入电路的B相，注意功率表的*端接B相的电源侧，非*端与电压表的一端接在中线上。线路中接入的电流表和电压表是用来监视该相的电流和电压，不要超过功率表电流和电压的量程。经检查后通电，读出并记录功率表的示数BP，然后分别将三只表换接到A相和C相测量AP和CP。注意每次换表必须断电操作。

（2）负载不对称。在（1）接线的基础上，将A、B、C相接入的灯泡数改为1、2、3，重复（1）的操作，分别测量并将B、A、C的功率记录在表2-8-2中。

表2-8-2　三瓦特计法测量有线星线连接三相负载功率实验数据

4.实验注意事项

（1）本实验采用三相交流市电，线电压为380 V，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，必须认真检查，确认正确之后方能接通电源。必须严格遵守先断电，再接线、改线、拨动开关，后通电；先断电，后拆线的实验操作原则。

（3）每项实验内容完毕之后，均需将三相调压器旋柄调回零位后断电。

5.预习要求

（1）复习三相电路有关知识，三相负载功率的测量方法，阅读本实验各项内容，画出实验线路图和实验数据表格。

（2）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）说明三相四线制电路中线的作用，为什么中线上不允许装保险丝？

6.实验报告要求

（1）根据不对称负载星形连接有中线电路中，AI、BI、CI 的测量数据、计算中线电流OI值，并与其测量值作比较。

（2）说明不对称负载星形连接无中线电路C相断开前后，A、B相灯泡亮度变化情况，原因是什么？

（3）根据实验结果总结测量三相电路功率各种方法的适用条件。