实验五 三相负载电压、电流、功率的测量
一．实验目的
1．熟悉三相交流电路中三相负载的星形联结、三角形联结方法，加深理解三相交流电路中线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系。
2．用实验的方法研究、体会三相四线制电路中中线的作用。
3．掌握三相星形电路有功功率的测量方法。掌握用二瓦特表法测量三相三线制供电系统的有功功率。
4．熟练掌握功率表的接线和使用方法。
二．实验原理概述及说明
1．三相电源
电力系统采用三相三线制和三相四线制的供电方式。其三相电源的电动势相互对称，即三相电动势幅值相等，频率相等，相位互差120°。
2．三相电源的连接
三相电源的联结方式分为星形联结和三角形联结两种。
（1）三相电源的星形联结：从三相绕组的首端A、B、C引出三根导线，称为相线，把三相绕组的末端连接在一起称为中性点，从中性点引出的导线称为中线。
三相电源的星形联结时，线电压
是相电压
的
倍，三相电源的线电压在相位上超前于相电压30º。
（2）三相电源的三角形联结：把三相绕组的首端和末端依次相连，形成一个回路，从首端A、B、C引出三根端线，这种方式称为三相电源的三角形联结。
三相电源的三角形联结时，线电压与对应的相电压有效值相等，即
，相位相同。
低压供电系统多采用三相四线制的供电方式。
3.三相负载及其联结
三相负载可分为对称三相负载和不对称三相负载。三相电源向负载供电时，三相负载可以接成星形（又称‘Ｙ’形）或三角形（又称‘Δ’形）两种形式。连接方式如图13-1所示。在星形联结中又包括有中线（三相四线制）和无中线(三相三线制）两种情况。
(a)星形联结 (b)三角形联结
图13-1 三相负载的两种联结方式
4．三相负载星形联结
（1）三相负载对称
当三相对称负载作星形联结时，线电压的有效值是相电压有效值的倍，线电流
等于相电流
，即：
，流过中线的电流ＩN＝O，负载中点N´的电位与电源中点N的电位相等，即UNNˊ=0，所以就对称负载而言，中线不起作用，可以去掉中线，采用三相三线制。
（2）三相负载不对称
三相不对称负载星形联接时，必须采用‘Ｙ0’（即三相四线制），此时负载中点N´的电位与电源中点N的电位不相等，即UNNˊ
0，中线必须联接牢固，以保证三相不对称负载的每相电压保持对称。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。
5. 测量三相星形负载的有功功率
在电力系统中，需要对系统中的用电设备消耗的有功功率和无功功率进行测量。由于绝大多数的用电设备多采用三相电源供电，因此对三相功率的测量就显得非常重要。
由于三相电路连接方式、负载对称情况不同，三相负载有功功率可以采用一瓦特表法、两瓦特表法和三瓦特表法来测量。
(1) 三相四线制供电系统，测量负载星形联接（即Ｙ0接法）的三相有功功率
①一瓦特表法
对于三相四线制供电的星接三相对称负载（即Yo接法），显然有
，若用一个单相功率表测量A相的功率为
，则三相总功率等于单相有功功率的3倍，即
这种测量方法称为一瓦特表法。 图13-2 一瓦特表测量三相有功功率
②三瓦特表法
电路如图13-2所示。对于三相四线制供电的星接三相不对称负载，可用三只瓦特表分别测量各相负载的有功功率PA、PB、PC，则三相负载的总有功功率值为三只瓦特表读数之和，即
图13-3 三瓦特表测量三相有功功率
这种测量方法称为三瓦特表法。
(2) 三相三线制供电系统，测量负载星形联接的三相有功功率
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’接法还是‘Δ’接法，都可按图13-3所示的电路采用两只瓦特表测量三相负载的总有功功率。这种测量方法称为二瓦特表法。若两个功率表的读数为
、
，可以证明，三相电路负载总有功功率P等于两只瓦特表读数P1和P2的代数和，即
。
三．实验仪器设备
1．三相自耦调压器
2．交流电压表、电流表、功率表
3．三相灯组负载（25W白炽灯9只）
四．实验内容及实验步骤
1．三相负载星形联接电压、电流的测量
按图13-4接线，三相对称电源经自耦调压器接到三相灯组负载，首先检查三相调压器的旋柄是否置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底的位置）。经指导教师检查接线正确后，方可合上三相电源开关。
旋转三相调压器的旋柄，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220Ｖ。
2. 三相负载星形联接有功功率测量
（1）三相四线制供电系统
①一瓦特表法测定三相对称负载三相功率
实验电路如图13-2所示，线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不要超过功率表电压和电流的量程。经指导教师检查线路接线无误后，接通三相电源开关，将调压器的输出由0调到220Ｖ（线电压），
（2）用三瓦特表法测定三相不对称负载三相功率。
实验电路如图13-3所示，步骤与（1）相同，将数据记入表13-2中。
2．三相三线制供电系统
用二瓦特表法测量三相负载‘Ｙ’连接的三相功率，实验电路如图13-4所示。
三相灯组负载接成Y形接法。经指导教师检查后，接通三相电源，调节三相调压器的输出，使线电压为220Ｖ，按表10-3的内容进行测量计算，并将数据记入表中。
五．实验注意事项
1．本实验经三相自耦调压器调节，输出线电压为220V。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， 确认正确无误后由指导教师检查方可接通电源。实验中必须严格遵守“先接线、后通电”,“先断电、后拆线”的安全实验操作规则。
3.接通三相交流电源之前，三相调压器的旋转手柄必须在0V的位置，通电后缓慢地将调压器手柄沿顺时针方向旋转，调节输出电压至所需电压值。实验完毕时应注意先将调压器的旋转手柄转回0V的位置，再切断三相电源。
4．实验中若出现异常现象,应立即切断电源,找出故障原因,排除故障后方可继续实验.
六．实验预习与思考题
1．三相对称负载按星形连接、三角形联接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？当三相负载不对称时又有何关系？
2. 在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？为什么？
3．复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理。画出瓦特表另外两种联接方法的电路图。
4．测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表？
5．本实验经三相自耦调压器调节，输出线电压为220V。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。
6. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍， 确认正确无误后由指导教师检查方可接通电源。实验中必须严格遵守“先接线、后通电”,“先断电、后拆线”的安全实验操作规则。
7.接通三相交流电源之前，三相调压器的旋转手柄必须在0V的位置，通电后缓慢地将调压器手柄沿顺时针方向旋转，调节输出电压至所需电压值。实验完毕时应注意先将调压器的旋转手柄转回0V的位置，再切断三相电源。
8．实验中若出现异常现象,应立即切断电源,找出故障原因,排除故障后方可继续实验.
七．实验报告要求及结果分析
1．根据实验数据，在负载为星形联接时，
在什么条件下成立？
2．用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用。
3. 总结一瓦特表法和二瓦特表法测量三相有功功率的适用场合。
4．总结三相负载星形联结时电路中电压、电流的特点以及有功功率的测量方法。
5．三相对称负载三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？当三相负载不对称时又有何关系？
6．分析二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理。
八 综合实验（大型作业）
日光灯、白炽灯、节能灯的参数测试及技术经济比较：要求学生3至5人一组，查阅有关图书资料，以及进行上网查询，并进行市场调研，做到掌握日光灯、白炽灯、节能灯的工作原理；收集有关的技术数据；了解国家的相关政策；了解日光灯，白炽灯，节能灯的价格、电费（民用、单位、企业）。拟订从灯光寿命、亮度、光源效率和节约电能方面进行比较的方案，以及技术数据的实验测试方案（实验电路、选用仪器、记录表格、注意事项等设计）。实验设计完成后，提交指导教师检查认为可行（方案合理、实验设备需用实验室现有设备）且无安全隐患。在实验室开放时间进行实验。综合实验结果要求参照论文格式提交实验报告。
表13-1 负载星形联结实验数据
表13-3 三相三线制负载星形联结有功功率测量
第二篇：相、线电流、电压的概念及三相电路功率的计算
在分析和计算由三相电源、三相负裁(也可能有单相负、以及连接这些电源和负超酌导线所组成的三相电路径常要用到相、线电压和相、线电流的概念，挠分述如为了解其概念，先介绍几个常用术语
端线(俗称火线)——连接电源和负载各相端点的导线，称为端线。
中点(中性点)——三相电源中三个绕组末端，也可以是三个绕组首端)的连接点，称为三相电源中点或中性点，三相负载星形连接点，称为负载的中点或中性点。
中线——连接电源中点和负载中点的导线， 称为中线(有时以大地作为中线，此时中线又称为地线)
线电压——端线之间的电压称为线电压。
相电压——每相绕组或每相负载上的电压，称为相电压。
线电流——流过端线的电流称为线电流。
相电流——流过各相绕组或各相负载的电流称为相电流。
下面讨论电源和负载的两种连接方式，即星形连接和三角形连接时的相、线电压和相、线电流之间的关系。
1．星形连接(丫连接) 如图1所示：
图1
图中UAB、UBC、UCA为线电压，UAN、UBN、UCN为相电压；N为电源中性点，N'为负载中性点，NN'连线称为中线。
图2
星形连接时，电源的线电压与相电压的相量图如图2。从相量图上可看出，线电压导前相电压30°电角度，即UAB导前UAN30°，UBC导前UBN30°，UCA导前UCN30°。
当星形电源各相电动势对称时，线电压也是对称的，彼此间相位差为120°。从数量关系来看，线电压有效值是相电压有效值的
倍。即：
星形连接时，线电流等于相电流。
2. 三角形连接(Δ连接) 如图3所示:
图3
三角形连接时，相电压等于线电压。
线电流滞后相电流30°，即：
IA 滞后 IAB30°；
IB 滞后于 IBC30°；
IC 滞后 ICA30°。
相量关系如图4：
从数量关系看，线电流有效值等于相电流有效值的
倍。即：
3．三相电路的功率
在三相对称电路中，不论那种连接方式都是：
變壓器內部的綫圈繞組流經之電流為相電流(phase current)~
變壓器引出至外部導體的電流為綫電流(line current)~