1、中國石油大學（華東）現代遠程教育實驗報告課程名稱：電工電子學 實驗名稱：三相交流電路 實驗形式：在線模擬+現場實踐 提交形式：在線提交實驗報告 學生姓名： 高子棟學號：16952132010年級專業層次：網絡16春高起專學習中心：勝利油田濱南教學服務站學習中心：勝利油田濱南教學服務站提交時間：2017 年 6月 30日、實驗目的.學習三相交流電路中三相負載的連接。.了解三相四線制中線的作用。.掌握三相電路功率的測量方法。二、實驗原理1.對稱三相電路中線、相電壓和線、相電流的關系，三相電路中，負載的連 接分為星形連接和三角形連接兩種。一般認為電源提供的是對稱三相電壓。（1）星形連接的負載如圖1所

2、示：（a）三相三線制（b）三相四線制圖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（簡稱中點），N為負載的中性點。 無論是三線制或四線制，流過每一相負載的相電流恒等于與之相連的端線中的線 電流：I門7 （下標I表示線的變量，下標p表示相的變量）在四線制情況下，中線電流等于三個線電流的相量之和，即端線之間的電位差（即線電壓）和每一相負載的相電壓之間有下列關系: = Ua-U TOC o 1-5 h z IUc = U-Uc Uca = Uc-Uj.當三相電路對稱時，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：IUas =(2)三角形連接的負載如圖2所示：圖2三

3、角形連接的三相電路其特點是相電壓等于線電壓：時線電流和相電流之間的關系如下：I - i _ / - A Al.工 CA%當三相電路對稱時，線、相電壓和線、相電流都對稱，此時線、相電流滿足:h =Z-30c.不對稱三相電路在三相三線制星形連接的電路中，若負載不對稱，電源中點和負載中點的電 位不再相等，稱為中點位移，此時負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載不對稱時起到了很重 要的作用。但由于負載不對稱，因此電流是不對稱的三相電流，這時的中線電流 將不再為零。在三角形連

4、接的電路中，如果負載不對稱，負載的線、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。.三相負載接線原則連接后加在每相負載上的電壓應等于其額定值。三、實驗設備.實驗電路板.三相交流電源.交流電壓表一個（300v，600v）或萬用表.交流電流表（5A,10A）.功率表.單擲刀開關.電流插頭、插座四、實驗內容及步驟.三相負載星形聯結按圖3-2接線，圖中每相負載采用三只白熾燈，電源線電壓為220V。220VW 1甲丫 wXX4一 .一 .-TX/v:圖3-2三相負載星形聯結（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 相電壓的關系）。U

5、 /VUVU、/VUJVU /VUNU /VVN%/V219218220127127127表3-1出按表3-2內容完成各項測量，并觀察實驗中各白熾燈的亮度。表中對稱負載時為每相開亮三只燈；不對稱負載時為U相開亮一只燈，V相開亮兩 只燈，W相開亮三只燈。、 測 量值、 負載情況、相電壓相電流中線電 流中點電 壓Uun,/VUvn，/V%/VI/a uI/a VI/a WI/a NUnn/V對稱 負載有中 線1241241240.2680.2660.2710無中 線1251251230.2680.2670.2701不對 稱 負載有中 線1261251240.0960.1800.2710.158無中

6、 線167143780.1090.1920.22150表3-2.三相負載三角形聯結按圖3-3連線。測量功率時可用一只功率表借助電流插頭和插座實現一 表兩用，具體接法見圖3-4所示。接好實驗電路后，按表3-3內容完成各項 測量，并觀察實驗中白熾燈的亮度。表中對稱負載和不對稱負載的開燈要求 與表3-2中相同。圖3-3三相負載三角形聯結線電流(A)相電流(A)負載電壓(V)功率(W)值 負 載 情 況)IUIVIWIUVIVWIWUUUVUVWUWUP1P2對 稱 負 載0.60 00.5930.59 80.3480.34 50.35 2213212215-111-109不對稱負載0.42 80.3

7、130.5080.12 40.23 40.35 522 0217216-89.8-63.4表3-3五、實驗數據及分析1.根據實驗數據，總結對稱負載星形聯結時相電壓和線電壓之間的數值關 系，以及三角形聯結時相電流和線電流之間的數值關系。.星形連結：根據表3-1，可得：星形聯結情況下，不接負載時，各路之間的線電壓和各 分電源的相電壓都分別相同，即U = U =U =(218+219+220)/3=219V；U;Uvn=Uwn=127V(本次實驗中這3個電壓力手動調節所得)。可以計算：219/127=1.7244-6，即：線電壓為相電壓的.3倍，與理論相符。的電流向量圖，并說明中線的作用。根據表3-

8、2,可得：星形聯結情況下，接對稱負載時，線電壓不變，仍為表 3-1中的數據；而相電壓在有中線都為124V，在無中線時分別為125V、125V、 123V，因此可認為它們是相同的。由此，得到的結論與上文相同，即：有中線時， 219/124=1.76613 ,線電壓為相電壓的.3倍；無中線時，的電流向量圖，并說明中線的作用。（125+125+123）/3=124.3, 219/124.3=1.7619-，線電壓為相電壓的 久 倍。綜上所述，在對稱負載星形聯結時，不論是否接上負載（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3倍。 3.三角形聯結.根據表3-2的數據，按比例畫出不對稱負

9、載星形聯結三相四線制（有中線）不對稱負載星形聯結三相四線制 （有中線）電流向量圖如左圖所示，根 據I +I +I =1 ,且根據對稱關系三個 相電流之間的夾角各為120,因而根 據幾何關系畫出I。可見，1在數值 的大小上和三個相電流并不成線性關 系，而在角度（相位）上也沒有直觀的 規律。這是因為I是由三個互成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，因 而要講大小與方向結合計算才有意 義。中線的作用：由左圖可知，在不 對稱負載星形聯結（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，導致各 相負載電壓不同（即表3-2中不對稱 且無中線

10、的情況），這時部分負載可能 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，能夠保證各相負載兩端的電壓相 同（據表3-2也可看出），就能夠保證 負載正常運行，不致損壞。因此中線.根據表3-3的電壓、電流數據計算對稱、不對稱負載三角形聯結時的三相 總功率，并與兩瓦特表法的測量數據進行比較。根據本實驗電路，可知負載電路均為電阻性，不對電流相位產生影響，因此 功率因素為1,由此，可得：P= Id+IJUVW+IWUX%因而據表3-3得：對稱 負載：計算值 P=222.944W ；測量值 P= P X P2=220W ；相 差（222.944-220）/220=1.34%不對稱

11、負載：計算值P=154.738W；測量值P= PiXP=153.2W；相差 （154.738-153.2）/153.2=1.00%12（注：功率表的正負不影響功率的測量，因此將其當作正值計算。）通過上述計算，可見用二功率表測量法測出的功率與分別測量各負載電流電 壓而計算得出的功率非常接近，相差僅約1%,因此可以認為這兩種方法測得的 數據都是比較可靠的。這也表明該電路中只有負載端的負載在耗能，而電路的其 他部分（如導線）幾乎沒有能量損耗。但通過上述數據也可發現，兩組測量值都略小于計算值，分析有如下可能原 因：（1）.電路中可能存在多種因素導致功率因素小于1,功率表在測量時已將功 率因素計算在內，

12、而計算值是將功率因素當作1來算的，因此測量值會略小于計 算值。（2）.存在某種系統誤差，導致測量結果有一定的趨向性，但可能導致這種 誤差的因素有很多，比如儀表內部因素、電路連接因素等，難以確定具體由何種 因素導致。（3）.存在隨機誤差，導致兩組測量值恰好都小于計算值，但這種可能 性不大。另外，顯然有：不對稱負載功率對稱負載功率，這是因為在本實驗中，對 稱負載共開了 9盞燈，而不對稱負載只開了 6盞，而又因為在三角形聯結中各負 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，導致對 稱負載功率大于不對稱負載。這完全是由實驗設計決定，而與對稱與否無關。六、實驗結論本次實驗是三相

13、交流電路相關的實驗，通過本次實驗，我們學習了三相交流 電路中三相負載的連接方法，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。這與我們書上學到的理論知識有很好的關聯性，在實驗過程中 將理論結合于實踐，使我們更好地掌握所學的知識。由于此次實驗內容比較多，接線等操作也較為復雜，因此實驗過程中要十分 仔細。在嚴格按照實驗冊上所給電路連好線后，一定要再檢查一遍電路再開電源， 以免連接出錯損壞儀器。由于本次實驗采用上百伏的電壓，因此實驗過程中務必 要注意安全，必須待電路檢查無誤后再開電源，一旦發生問題要先關閉電源再動 手更改連線。另外，由于本次實驗用到了較多燈泡，在拿取燈泡時需小心，以免

14、 跌碎。另外，本次實驗需要記錄的數據也比較多，然而在后續的實驗數據處理中并 未完全用到。這些數據可以用于進行其他要求之外的分析，從而得出更多的結論； 或者，也可用于相互驗證，因為有些數據是有相關性的，比如三角形聯結中的線 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。但也因為有 這些數據，可以比較計算值與測量值的異同，從而得到更進一步的分析，更深入 地了解三相交流電路。七、思考題1、三相負載根據什么原則作星形或三角形連接？答：三相負載可接成星形（又稱Y接）或三角形（又稱接）.1、當三相對稱負 載作Y形聯接時,線電壓UL是相電壓Up的倍.線電流IL等于相電流Ip,即UL=Up,

15、IL=Ip在這種情況下，流過中線的電流I0=0,所以可以省去中線.當對稱三相 負載作形聯接時，有IL=，UL=Up. 2、不對稱三相負載作Y聯接時，必須采用三 相四線制接法,即Yo接法.而且中線必須牢固聯接，以保證三相不對稱負載的每 相電壓維持對稱不變.倘若中線斷開,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.尤其是對于三相照明負載，無條件地一律采用Y0接法.3、當不對 稱負載作接時，ILWIp,但只要電源的線電壓UL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.2、請問三相負載按星形或三角形連

16、接，它們的線電壓與相電壓、線電流與相電 流有何關系？答：線電壓：兩相之間的電壓（實際也就是兩條相線之前的電壓）相電壓：一相對地的電壓（實際也就是相線與地之間的電壓，中性線接地系 統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中即為火線和零線 間的電壓）線電流：導線上的電流。相電流：每一相上電流，星形負載時即為流過每一相負載的電流。三相交流電路中負載星形連接時對負載側：線電壓=1。732相電壓 線電流二相電流。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？答：首先，相四線是三根相線，一根PE線，即“中線”.正常情況下，三相負載 平衡時不需要N線的.PE用于接機殼,當設備發生對機殼漏電時,地線將機殼與大 地接起來，避免觸電.第二，中線肯定不能接保險絲。三相中負載平衡時中線沒 有電流通過，但負載不平衡時，中線上的電流是很大的，就是可能使三相相電壓 失去平衡，損壞用電設備。4、說明在三相四線制供電系統中，中線的作用是什么？答：三相負載電路中中線的作用是使三相不平衡負載的相電壓保持平衡.如果三 相電路中的每一根所接的負載的阻抗和性質都相同，就說三根電路中負載是對稱 的。在負載對稱的條件下，因為各相電流間的位相彼此相差120,所以，在每 一時刻流過中線的電流之和為零，把中線去掉，用三相三線制供電是可以的。對 于不對稱的三相負載，中線不能去掉，不能在中線上