中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：電工電子學(xué)實(shí)驗(yàn)名稱：三相交流電路實(shí)驗(yàn)形式：在線模擬+現(xiàn)場實(shí)踐提交形式：在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)層次： 17秋機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)習(xí)中心： 山東濟(jì)南明仁學(xué)習(xí)中心 提交時(shí)間： 2018 年 9 月 27 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)三相交流電路中三相負(fù)載的連接。2.了解三相四線制中線的作用。3.掌握三相電路功率的測量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 對稱三相電路中線、相電壓和線、相電流的關(guān)系，三相電路中，負(fù)載的連接分為星形連接和三角形連接兩種。一般認(rèn)為電源提供的是對稱三相電壓。（1）星形連接的負(fù)載如圖1所示： 圖1 星形連接的三相電路 A、B、C表示電源端，N為電源的中性點(diǎn)（簡稱中點(diǎn)），N 為負(fù)載的中性點(diǎn)。無論是三線制或四線制，流過每一相負(fù)載的相電流恒等于與之相連的端線中的線電流：（下標(biāo)I表示線的變量，下標(biāo)p表示相的變量）在四線制情況下，中線電流等于三個(gè)線電流的相量之和，即端線之間的電位差（即線電壓）和每一相負(fù)載的相電壓之間有下列關(guān)系： 當(dāng)三相電路對稱時(shí)，線、相電壓和線、相電流都對稱，中線電流等于零，而線、相電壓滿足： （2）三角形連接的負(fù)載如圖2所示： 其特點(diǎn)是相電壓等于線電壓：線電流和相電流之間的關(guān)系如下：當(dāng)三相電路對稱時(shí)，線、相電壓和線、相電流都對稱，此時(shí)線、相電流滿足： 2.不對稱三相電路在三相三線制星形連接的電路中，若負(fù)載不對稱，電源中點(diǎn)和負(fù)載中點(diǎn)的電位不再相等，稱為中點(diǎn)位移，此時(shí)負(fù)載端各相電壓將不對稱，電流和線電壓也不對稱。在三相四線制星形連接的電路中，如果中線的阻抗足夠小，那么負(fù)載端各相電壓基本對稱，線電壓也基本對稱，從而可看出中線在負(fù)載不對稱時(shí)起到了很重要的作用。但由于負(fù)載不對稱，因此電流是不對稱的三相電流，這時(shí)的中線電流將不再為零。在三角形連接的電路中，如果負(fù)載不對稱，負(fù)載的線、相電壓仍然對稱，但線、相電流不再對稱。如果三相電路其中一相或兩相開路也屬于不對稱情況。3.三相負(fù)載接線原則連接后加在每相負(fù)載上的電壓應(yīng)等于其額定值。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.實(shí)驗(yàn)電路板2.三相交流電源3.交流電壓表或萬用表4.交流電流表5.功率表6.單擲刀開關(guān)7.電流插頭、插座四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)按圖3-2接線，圖中每相負(fù)載采用三只白熾燈，電源線電壓為220V。圖3-2 三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)(1)測量三相四線制電源的線電壓和相電壓，記入表3-1(注意線電壓和相電壓的關(guān)系)。UUV/VUVW/VUWU/VUUN/VUVN/VUWN/V219218220127127127表3-1(2)按表3-2內(nèi)容完成各項(xiàng)測量，并觀察實(shí)驗(yàn)中各白熾燈的亮度。表中對稱負(fù)載時(shí)為每相開亮三只燈；不對稱負(fù)載時(shí)為U相開亮一只燈，V相開亮兩只燈，W相開亮三只燈。測量值負(fù)載情況相電壓相電流中線電流中點(diǎn)電壓UUN/VUVN/VUWN/VIU/AIV/AIW/AIN/AUNN/V對稱負(fù)載有中線1241241240.2680.2660.2710無中線1251251230.2680.2670.2701不對稱負(fù)載有中線1261251240.0960.1800.2710.158無中線167143780.1090.1920.22150表3-22.三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)按圖3-3連線。測量功率時(shí)可用一只功率表借助電流插頭和插座實(shí)現(xiàn)一表兩用，具體接法見圖3-4所示。接好實(shí)驗(yàn)電路后，按表3-3內(nèi)容完成各項(xiàng)測量，并觀察實(shí)驗(yàn)中白熾燈的亮度。表中對稱負(fù)載和不對稱負(fù)載的開燈要求與表3-2中相同。圖3-3 三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)圖3-4 兩瓦特表法測功率測量值負(fù)載情況線電流(A)相電流(A)負(fù)載電壓(V)功率(W)IUIVIWIUVIVWIWUUUVUVWUWUP1P2對稱負(fù)載0.6000.5930.5980.3480.3450.352213212215-111-109不對稱負(fù)載0.4280.3130.5080.1240.2340.355220217216-89.8-63.4表3-3五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)相電壓和線電壓之間的數(shù)值關(guān)系，以及三角形聯(lián)結(jié)時(shí)相電流和線電流之間的數(shù)值關(guān)系。(1).星形連結(jié)：根據(jù)表3-1，可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，不接負(fù)載時(shí)，各路之間的線電壓和各分電源的相電壓都分別相同，即UUV=UVW=UWU=(218+219+220)/3=219V；UUN=UVN=UWN=127V(本次實(shí)驗(yàn)中這三個(gè)電壓為手動調(diào)節(jié)所得)?？梢杂?jì)算：219/127=1.7244，即：線電壓為相電壓的倍，與理論相符。根據(jù)表3-2，可得：星形聯(lián)結(jié)情況下，接對稱負(fù)載時(shí)，線電壓不變，仍為表3-1中的數(shù)據(jù)；而相電壓在有中線都為124V，在無中線時(shí)分別為125V、125V、123V，因此可認(rèn)為它們是相同的。由此，得到的結(jié)論與上文相同，即：有中線時(shí)，219/124=1.7661，線電壓為相電壓的倍；無中線時(shí)，(125+125+123)/3=124.3，219/124.3=1.7619，線電壓為相電壓的倍。綜上所述，在對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，不論是否接上負(fù)載(這里指全部接上或全部不接)、是否有中線，線電壓都為相電壓的倍。(2).三角形聯(lián)結(jié)不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)三相四線制(有中線)電流向量圖如左圖所示，根據(jù)IU+IV+IW=IN，且根據(jù)對稱關(guān)系三個(gè)相電流之間的夾角各為120，因而根據(jù)幾何關(guān)系畫出IN?？梢?，IN在數(shù)值的大小上和三個(gè)相電流并不成線性關(guān)系，而在角度(相位)上也沒有直觀的規(guī)律。這是因?yàn)镮N是由三個(gè)互成120的相電流合成的電流，是矢量的，與直流電路的電流有很多不同性質(zhì)，因而要講大小與方向結(jié)合計(jì)算才有意義。中線的作用：由左圖可知，在不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)(有中線)電路中，中線電流不為0，因而如若去掉中線必會改變電路中電流的流向，導(dǎo)致各相負(fù)載電壓不同(即表3-2中不對稱且無中線的情況)，這時(shí)部分負(fù)載可能會由于電流過大而燒毀。因此中線起到了電路中作為各相電流的回路的作用，能夠保證各相負(fù)載兩端的電壓相同(據(jù)表3-2也可看出)，就能夠保證負(fù)載正常運(yùn)行，不致?lián)p壞。因此中線在星形聯(lián)結(jié)中是至關(guān)重要的，因而在通常的生產(chǎn)生活中的星形聯(lián)結(jié)三相電路都是有中線的。2.根據(jù)表3-2的數(shù)據(jù)，按比例畫出不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)三相四線制(有中線)的電流向量圖，并說明中線的作用。3.根據(jù)表3-3的電壓、電流數(shù)據(jù)計(jì)算對稱、不對稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的三相總功率，并與兩瓦特表法的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)電路，可知負(fù)載電路均為電阻性，不對電流相位產(chǎn)生影響，因此功率因素為1，由此，可得：P= IUVUUVIVWUVWIWUUWU 因而據(jù)表3-3得：對稱負(fù)載：計(jì)算值P=222.944W；測量值P= P1P2=220W；相差(222.944-220)/220=1.34%不對稱負(fù)載：計(jì)算值P=154.738W；測量值P= P1P2=153.2W；相差(154.738-153.2)/153.2=1.00%(注：功率表的正負(fù)不影響功率的測量，因此將其當(dāng)作正值計(jì)算。)通過上述計(jì)算，可見用二功率表測量法測出的功率與分別測量各負(fù)載電流電壓而計(jì)算得出的功率非常接近，相差僅約1%，因此可以認(rèn)為這兩種方法測得的數(shù)據(jù)都是比較可靠的。這也表明該電路中只有負(fù)載端的負(fù)載在耗能，而電路的其他部分(如導(dǎo)線)幾乎沒有能量損耗。但通過上述數(shù)據(jù)也可發(fā)現(xiàn)，兩組測量值都略小于計(jì)算值，分析有如下可能原因：(1).電路中可能存在多種因素導(dǎo)致功率因素小于1，功率表在測量時(shí)已將功率因素計(jì)算在內(nèi)，而計(jì)算值是將功率因素當(dāng)作1來算的，因此測量值會略小于計(jì)算值。(2).存在某種系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果有一定的趨向性，但可能導(dǎo)致這種誤差的因素有很多，比如儀表內(nèi)部因素、電路連接因素等，難以確定具體由何種因素導(dǎo)致。(3).存在隨機(jī)誤差，導(dǎo)致兩組測量值恰好都小于計(jì)算值，但這種可能性不大。另外，顯然有：不對稱負(fù)載功率<對稱負(fù)載功率，這是因?yàn)樵诒緦?shí)驗(yàn)中，對稱負(fù)載共開了9盞燈，而不對稱負(fù)載只開了6盞，而又因?yàn)樵谌切温?lián)結(jié)中各負(fù)載所得的電壓相同(這在表3-3中也可看出)，因此每盞燈所耗功率接近，導(dǎo)致對稱負(fù)載功率大于不對稱負(fù)載。這完全是由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)決定，而與對稱與否無關(guān)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)是三相交流電路相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過本次實(shí)驗(yàn)，我們學(xué)習(xí)了三相交流電路中三相負(fù)載的連接方法，了解了三相四線制中線的作用，并掌握三相電路中功率的測量方法。這與我們書上學(xué)到的理論知識有很好的關(guān)聯(lián)性，在實(shí)驗(yàn)過程中將理論結(jié)合于實(shí)踐，使我們更好地掌握所學(xué)的知識。由于此次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較多，接線等操作也較為復(fù)雜，因此實(shí)驗(yàn)過程中要十分仔細(xì)。在嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)冊上所給電路連好線后，一定要再檢查一遍電路再開電源，以免連接出錯(cuò)損壞儀器。由于本次實(shí)驗(yàn)采用上百伏的電壓，因此實(shí)驗(yàn)過程中務(wù)必要注意安全，必須待電路檢查無誤后再開電源，一旦發(fā)生問題要先關(guān)閉電源再動手更改連線。另外，由于本次實(shí)驗(yàn)用到了較多燈泡，在拿取燈泡時(shí)需小心，以免跌碎。另外，本次實(shí)驗(yàn)需要記錄的數(shù)據(jù)也比較多，然而在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中并未完全用到。這些數(shù)據(jù)可以用于進(jìn)行其他要求之外的分析，從而得出更多的結(jié)論；或者，也可用于相互驗(yàn)證，因?yàn)橛行?shù)據(jù)是有相關(guān)性的，比如三角形聯(lián)結(jié)中的線電流和相電流，可以由相電流互成120 推出線電流的大小和方向。但也因?yàn)橛羞@些數(shù)據(jù)，可以比較計(jì)算值與測量值的異同，從而得到更進(jìn)一步的分析，更深入地了解三相交流電路。七、思考題1、請問三相負(fù)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(guān)系？答：線電壓：兩相之間的電壓（實(shí)際也就是兩條相線之前的電壓）相電壓：一相對地的電壓（實(shí)際也就是相線與地之間的電壓，中性線接地系統(tǒng)也就是相線與中性線間的電壓，普通民用三相四線制線電網(wǎng)中即為火線和零線間的電壓）線電流：導(dǎo)線上的電流。相電流：每一相上電流，星形負(fù)載時(shí)即為流過每一相負(fù)載的電流。三相交流電路中負(fù)載星形連接時(shí)對負(fù)載側(cè)：線電壓=1。732相電壓線電流=相電流。2、說明在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線的作用是什么？答：首先，相四線是三根相線,一根PE線，即“中線”.正常情況下,三相負(fù)載平衡時(shí)不需要N線的.PE用于接機(jī)殼,當(dāng)設(shè)備發(fā)生對機(jī)殼漏電時(shí),地線將機(jī)殼與大地接起來,避免觸電.第二，中線肯定不能接保險(xiǎn)絲。三相中負(fù)載平衡時(shí)中線沒有電流通過，但負(fù)載不平衡時(shí)，中線上的電流是很大的，就是可能使三相相電壓失去平衡，損壞用電設(shè)備。