哈工大 三相电路的测量讲解
实验十一 三相交流电路的测量
实验十一三相交流电路的测量一. 实验目的1.学会三相负载的星形和三角形的连接方法，掌握这两种接法的线电压和相电压，线电流和相电流的测量方法。
2.观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用。
3.了解相序的测量方法。
二实验原理及内容说明将三相灯箱负载（实验图11-1）各相的一端U2、V2、W2接在一起，形成中点，各相的另一端（U1、V1、W1），则分别接至三相电压，即为星形连接。
这时相电流等于线电流，如电源为对称三相电压，在负载对称时它们的有效值相差3倍，即U线=3U相图11-1这时各相电流也对称，电源中点与负载中点之间的电压为零，如用中线将两中点之间连接起来，中线电流也等于零，如果负载不对称，则中线就有电流流过，这是如将中线断开，三相负载的各相电压不在对称，各相电灯出现亮、暗不同的现象，这就是中点位移引起各相电压不等的结果。
如果将实验图11-1的三相负载的U2与V1，Ｕ2与W1，U1与W2分别相连，再在这些连接点上引出三根导线至三项电源，即为三角形连接。
这时线电压等于相电压，但线电流为对应的两相电流的矢量差，负载对称时，它们有3倍的关系，即I线= 3I相若负载不对称，虽然有3倍的关系，但线电流仍然为相应的相电流矢量差。
这时只有通过矢量图方能计算它们的大小和相位。
三．仪器设备和选用挂箱四．实验内容及步骤1.三相负载星形连接（1）将GDS-08上三相灯箱负载按星形接法连接，并接至GDS-01上三相电源输出端子U、V、W、N，将开关置于联调状态，并将GDS-09上的电流插孔串接在回路中，便于测量线电流，调节旋钮三相电压同时升高，将三相相电压调至220V图11-2 负载的星形连接（2）测三相负载对称时，有中线情况下各线电压U ab、U bc、U ca，相电压U a、U b、U c各线电流，I a、I b、I c和中线电流I０的数值，记入表11-1中。
(3)三相负载仍对称，将中线拆除测各线电压、相电压、线电流、相电流及负载中点和电源中点的电压，记入表11-1中。
三相电路的电压和电流测量要点PPT教案
，各相负载电压（相电压）将不相等。
在负载为三相四线制对称负载连接时，各相相
电压相等，中线电流等于零。在负载为三相四线制
且负载不对称时，若中线的阻抗足够小，则各相负
载电压仍将对称，从而可看出，中线起到了平衡 第7页/共46页 每
在工程中,中线也常常被称为零线,但由于实际当 中很难实现三相的对称平衡，故零线上的电位通常 不为零。 3. 三相电源的相序测定
第3页/共46页
线电流。星形连接时，各相电压源的负极性连在一
起称为三相电源的中点或零点。各相负载的一端接 在一起称为负载的中点或零点。电源中点与负载中 点的连线称为中线或零线。流过中线的电流称为中 线电流，电源的中点 N 与负载的中点 N之间的电压 U NN 0 时，在相量图上点与点不重合，此现象称
C
z
第37页/共46页
五、实验原理、计算公式 当负载为星形连接时，相电流等于线电流。
在
三相四线制时，中IN线电I流A 等 I于B三 个IC相电流的相量
和。即：
当电源和负载对称时，中线电流为零，当负 不对载称时，中线电流不等于零。UAB UAN' UBN'
线电压与相电压的关系为 UBC UBN' UCN' UCA UCN' U AN'
第38页/共46页
当电源和负载都对称时，线电压和相电压在数 值上的关系为：U线 3U相
当负载为三相三线制星形连接时，如果负载不 对称，就会出现中点位移现象。当中点发生位移时 ，各相负载电压（相电压）将不相等。
在负载为三相四线制对称负载连接时，各相相 电压相等，中线电流等于零。在负载为三相四线制 且负载不对称时，若中线的阻抗足够小，则各相负 载电压仍将对称，从而可看出，中线起到了平衡每 相电压的作用，此时中线电流不等于零。
实验一_三相交流电路电压、电流的测量
• 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＞245~250V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＜240V为宜。
Y0接不平 1 2 3 衡负载
无 无
Y接不平衡 1 2 3
无
负载
Y0接B相断 1
3
无
开
Y接B相断 1
3
无
开
Y接B相短 1
3
无
路
图7-2 负载三角形联接（三相三线制供电）
QS FU
380V 380V
220V 220V 220V
AX BY CZ
按图7-2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220V，并按表7-2的内容设计并进行测 试。
Ul UP , Il 3I p
六、问题分析与讨论
• 2. 不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线 制接法，即Yo接法。而且中线必须牢固联接，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
实验一 三相交流电路电压、 电流的测量
三相电源的测量
EU1V1 380V
线电压EV1W1 380V
三相电网输入
EU1W1 380V
三相电路功率测量-图文
图5.11.1 三瓦计法测量功率电路
• 二瓦计法测量功率电路 在三相三线制电路中，通常用二只功率表测量 功
率。其接线如图5.11.2所示。功率表W1和W2的读 数
分别为P1和P2。三相电路的总功率等于 P1与 P2 的代
数和。
图5.11.2 二瓦计法测量功率电路
其中， 是 和 的相位差角， 是 和 的相位差角。当负载为感性或容性时， 角有 可 能大于 ，则功率表的读数为负值。
• 三相四线制不对称连接时，三瓦计法测量所得 的总功率与二瓦计法测量所得的总功率不等。 因为此时中线有电流通过，不能用二瓦计法测 量电路的总功率。
• 三相三线制不对称负载星形或三角形连接时， 三瓦计法测量所得的总功率与二瓦计法测量所 得的总功率基本。
实验结果分析
• 三瓦计法测量功率会不会出现负值？为什么？
量 负载功率，计算总功率并将实验数据填入表5.11.1
内 • 按图5.11.1接线。在三相三线制和三相四线制两 种不同星形连接时，其中A相为4uF的电容、B相
和C 相为2只串联的40W白炽灯。分别用三瓦计法和二
• 在三相三线制星形连接时，A相为断路、B相和C 相为2只串联的40W白炽灯时，分别用三瓦计法和
答：三瓦计法测量功率时，每个功率表的读数为 每
相负载的有功功率，
。由于-90°< <
90°，所以功率不会出现负值。
• 二瓦计法测量功率在什么情况下会出现负值？ 为什么？
答：二瓦计法测量功率时，其任一一个功率表的 读数无物理意义。若以C相为公共相时， 当负载为感性负载或容性负载时，其相位角大 于 90° ，功率出现负值
32.84
Y-Y （A相开路） 0.01
22.75
三相电功率的检测及其数据处理
三相电功率的检测及其数据处理郑天翔邢博吴宝刚哈尔滨工业大学摘要：对三相负载运行过程电参量的精确检测是实施电能质量控制,提高能源利用率的重要环节。
本文利用一种双向三相功率/电能集成电路芯片SA9904B，通过对其外围电路的设计，可以方便地实现对三相四线制负载线路的有功功率、无功功率、电压有效值和频率这4个参数值的测量, 再利用单片机系统，经过数据的传输与处理，可以精确计算出有功当量、无功当量及功率因数值。
该方法简单易行，又具有实用价值。
关键词：三相电参数检测功率因数数据处理SA9904BDetection and Data Disposal of Three-phase PowerZheng Tianxiang Xing Bo Wu BaogangAbstract：The precisely detection to electric parameters during the three-phase load running process is an important link about imposing energy quality control and raising utilization of source. Using a bi-direction three-phase power/energy integrated circuit chip SA9904B and through the designing the periphery circuit，the paper could realize active power，reactive power ，voltage virtual value and frequency measuring of three-phase four-line load lines。
Then it transmits and dispose data using MCU system。
三相电路无功功率的测量
三相电路无功功率的测量2007-08-31 18:22:29| 分类：默认分类|举报|字号订阅实验一三相电路无功功率的测量一、实验目的(1) 了解三相电路无功功率的测量方法.(2) 熟悉无功功率测量中瓦特表的接线方式.二、原理与说明发电机及变压器等电气设备的额定容量为S=UI,单位为伏安。
在功率因数较低时，即使设备已经满载，但输出的有功功率却很小（因为P=UIcosφ），不仅设备不能很好利用，而且增加了线路损失。
因此提高功率因数是挖掘电力系统潜能的一项重要措施。
电力工业中,在发电机、配电设备上进行无功功率的测量，可以进一步了解设备的运行情况，以便改进调度工作，降低线路损失和提高设备利用率。
测量三相无功功率主要有如下方法。
1. 一表法在三相电源电压和负载都对称时，可用一只功率表按图11-1联接来测无功功率。
将电流线圈串入任意一相，注意发电机端接向电源侧。
电压线圈支路跨接到没接电流线圈的其余两相。
根据功率表的原理，并对照图11-1，可知它的读数是与电压线圈两端的电压、通过电流线圈的电流以及两者间的相位差角的余弦cosφ的乘积成正比例的，即PQ=UBCIAcosθ (11-1) 其中θ=ψUBC –ψiA由于uBC与uA间的相位差等于90度(由电路理论知)，故有θ=90o-φ式中φ为对称三相负载每一相的功率因数角。
在对称情况下UBC IA 可用线电压U1及线电流I1表示，即PQ=U1I1cos(90o-φ )=U1I1sinφ (11-2)在对称三相电路中，三相负载总的无功功率Q =√3U1I1sinφ (11-3)∴亦即Q=√3PQ (11-4)可知用上述方法测量三相无功功率时，将有功功率表的读数乘上√3/2 倍即可。
2. 二表法用两只功率表或二元三相功率表按图11-2联接，从功率表的作用原理可知，这时两个功率表的读数之和为PQ=PQ1=PQ2=2U1I1sinφ (11-5)较式(11-3) (11-5) 知 (11-6) Q=√3PQ/2从上式可见将两功率表读数之和（或二元三相功率表的读数）乘以√3/2，可得到三相负载的无功功率。
实验三 三相交流电路电压、电流的测量
实验三 三相交流电路电压、电流的测量一、实验目的1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 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。
二、原理说明1. 三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称"△"接)。
当三相对称负载作星形联接时，线电压U l 是相电压U p 的3倍。
线电流I l 等于相电流I p ，即 U l ＝P U 3， I l ＝I p在这种情况下，流过中线的电流I0＝0， 所以可以省去中线。
由三相三线制电源供电，无中线的星形联接称为Ｙ接法。
当对称三相负载作△形联接时，有I l ＝3I p ， U l ＝U p 。
2. 不对称三相负载作星形联接时,必须采用三相四线制接法，即Y o 接法。
而且中线必须牢固联接，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Y 0接法。
3. 当不对称负载作△接时，I l ≠3I p ，但只要电源的线电压U l 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。
四、实验内容1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）按图31-1线路组接实验电路。
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0V 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220V ，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31-1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31-11. 负载三角形联接（三相三线制供电）按图31-2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220V ，并按表31-2的内容进行测试。
实验2：三相电路参数的测量
三相负载△ 表-3. 三相负载△形接法实验表 接 法 Δ Δ 各相灯数 AB 2 1 2 2 2 2
长江大学电工电子实验中心龙从玉 4
相（线）电压(V) 电压
线电流(A) 线电流
相电流 (A)
BC CA UAB UBC UCA
ＩA ＩB ＩC ＩAB ＩBC ＩCA
四、实验注意事项 1. 本实验室采用三相 本实验室采用三相380V交流电供电 ， 实验时应将 交流电供电， 交流电供电 线电压调为220V。 线电压调为 。 2. 必须严格遵守先断电、再接线，经老师检查，最后 必须严格遵守先断电、再接线，经老师检查， 通电；先断电、后拆线的实验操作原则。 通电；先断电、后拆线的实验操作原则。 五、预习思考题 1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？ 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？ 2. 复习三相交流电路有关内容 ， 试分析三相星形联 复习三相交流电路有关内容， 接不对称负载在无中线情况下， 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， 短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如 何？ 3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将 380V 的市 电线电压降为220V的线电压使用？ 的线电压使用？ 电线电压降为 的线电压使用
实验二：三相电路的测量 实验二：三相电路的测量
一、实验目的
1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 验 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。 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。 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
A 2 2 1 1 1 1 B 2 2 2 2 x C 2 2 2 2 2
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电 路 实 验
实验三 三相电路的测量
—基于三相电能及功率质量分析仪测量
一、 实验目的
1. 验证三相电路的星形连接与三角形连接电路的线电压、相电压及线电流、相电流之间的关系
2. 了解负载中性点位移的概念、中线的作用和一相电源断线后对负载的影响。
3. 掌握三相负载星形联接的三相三线制、三相四线制接法和三角形联接的接法。
4. 掌握三相电路电压、电流、有功功率、无功功率和视在功率的测量方法。
5. 掌握三相电能及功率质量分析仪的使用方法。
二、简述实验原理
1. 三相电源和负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称"△"接)。
当三相对称负载作Y
形联接时，线电压l U 是相电压P U l I 等于相电流P I ，即
l P U =,l P I
三相四线制接法中，流过中性线的电流0O I =，这种情况下可以省去中性线，变成三相三
线制接法。
当对称三相负载作△形联接时，有
l P I =,l P U U =
2. 不对称三相负载作Y 联接时，应采用三相四线制接法，而且中性线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称。
倘若中性线断开，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，使负载容易遭受损坏；负载重的那一相的相电压过低，使负载不能正常工作，这对三相照明负载表现得尤为明显。
3. 当不对称负载作△联接时，l P I =，但只要电源的线电压l U 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．FLUKE 434-Ⅱ三相电能质量分析仪提供了广泛且强大的测量功能，利用434 三相电能质量分析仪可以测量有效值和峰峰值电压和电流、频率、功耗、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、高达50次的谐波等；并具有示波器波形和示波器相量功能，可随时显示所测电压及电流的波形及相量。
5. 电压/电流/频率的测量需要在分析仪的面板菜单选项中选择“电压//电流//频率”。
进入测量界面后，即可读出相电压、线电压和电流的有效值，测量界面中显示的数字是当前值，这些值
会持续更新。
当测量启动时，就马上开始记录这些值相对于时间所发生的变化。
6. 功率和电能的测量要选择分析仪面板菜单选项中的“功率和电能”一项。
其所能进行的功率测量如下：有功功率(W)，视在功率(VA)，无功功率(var)，谐波功率(VA)，不平衡无功功率(VA Unb)，基波有效功率(W fund)，基波视在功率(VA fund)。
功率因数（PF），位移功率因数（DPF 或cosφ，基波有效功率与基波视在功率之间的比率）。
有功能量(Wh)，视在能量(VAh)，无功能量(varh)，正向能量(Wh，kWh forw)，反向能量(Wh，kWh rev)。
7.若要观察示波器波形和相量图，可以按“Scope”键进入示波器模式，该模式可以与其他正在进行的测量结合使用，而无需中断记录读数。
三、实验用仪器名称及型号
FLUKE 434-Ⅱ三相电能质量分析仪，FLUKE 15B型万用表，HIT-601交流功率测量综合实验箱，导线
四、实验任务
1．三相电源与三相实验箱
注意事项：本次实验是强电实验，电压较高，切记保证不带电作业。
即：在接线、查线、改线、拆线时要切断电源。
并严格遵守 “先接线后通电”，“先断电后拆线”的操作顺序，确保人身安全和仪器仪表的安全。
本次实验电源开关如图1所示，输出端黄、绿、红三个接线柱为A 相、B 相和C 相（相序可假设）输出端，右边黑色接线柱为零线。
三相电源输出线电压为220V 。
空气开关使用时应扳至上方，如发生短路则自动跳下断开电源，当电路连接正确后，空气开关才能合上。
图1 电源开关 图2
图3
交流功率测量综合实验箱面板示意图如图2所示，其中A 相各负载的电路示意图如图3所示，
白炽灯、电容、电感都是不连通的，例如欲将两盏白炽灯并联，应分别连接1A '2A ' 和 1X '2X '。
2．负载星形联结的电压、电流及功率测量
（1）熟悉三相电能及功率质量分析仪的基本使用方法，参考分析仪使用说明，设置三相电能及功率质量分析仪电压、频率、电流测量范围，选择合适的接线方式。
记录设置结果：
（2）实验电路如图4所示，采用三相四线制负载星形联结，测量各线电压、相电压、线电流，数据记入表1。
记录不对称负载、一根端线断路时电压电流相量图。
根据记录的相量图分析电路的特点。
（提示：将A、B、C其中任意一相的电流钳夹接到中线即可测量I N）
'
图4
实验结果分析：
当三相负载完全对称时，负载中性线中电流为0；负载不对称时，或某相断开时，将会使中性线中产生电流，中性线保证了负载相电压和电源相电压相等和对称，如果此时没有中线，将使各相负载电压不等。
（3）测量三相四线制对称负载、不对称负载、C端线断线时各相负载的功率，包括有功功率、视
根据功率测量结果计算电路的总有功功率，并对实验结果进行分析总结。
总有功功率在负载对称时、负载不对称时、C端线断线时分别为31.3W、20.9W、21W。
分析总结：当某一相负载为电容时，该相只有无功功率，不产生有功功率；总有功功率为各相有功功率之和，总无功功率为各相无功功率之和；每相视在功率为该相无功功率与有功功率平方和的开方；总视在功率不是各相视在功率的直接相加。
同时，由于中性线平衡负载的作用，上述情况下每项的有功功率基本不变。
（4）采用三相三线制负载星形联结，测量各线电压、相电压、线电流，数据记入表2。
记录不对称负载电压、电流相量图，一根端线断路电压、电流相量图，一相负载短路电压、电流相量图。
根据记录的相量图分析电路的特点。
不对称负载电压电流相量图一根端线断路电压电流相量图一相负载短路电压、电流相量图
实验结果分析：
与三相四线制负载星形联结相比，三相三线制负载星形联结少了中性线。
当三相负载完全对称时，负载中性线中电流为0，因此中性线可以没有；当对于负载不对称，或某相断开或短路时，没有中线，将使各相负载电压不等，从而使得某些设备电压超过额定电压。
（5）测量三相三线制对称负载、不对称负载、C端线断线、C相短路时各相负载的功率，包括有
根据功率测量结果计算电路的总有功功率，并对实验结果进行分析总结。
总有功功率在负载对称时、负载不对称时、C端线断线时、C相短路时分别为31.4W、30.0W、17.1W、47.6W。
分析总结：当某一相负载为电容时，该相只有无功功率，不产生有功功率；总有功功率为各
相有功功率之和，总无功功率为各相无功功率之和；每相视在功率为该相无功功率与有功功率平方和的开方；总视在功率不是各相视在功率的直接相加。
同时，由于没有中性线的平衡负载作用，各相在上述各情况下有功功率并不相等。
3．负载三角形联结的电流测量
（1）三相电能及功率质量分析仪设置、接线方式与星形联结相同。
（2）实验电路如图5所示，负载三角形联结，测量各线电流和相电流，数据记入表3中。
记录不对称负载电压、电流相量图，一根端线断路电压、电流相量图，一相负载断路路电压、电流相量图。
'
图5
表3 负载三角形联结的电流测量
（3）根据实验测量结果，总结负载三角形联结时相电流和线电流之间的关系。
当对称三相负载作△
4、拓展实验：将三相对称负载的一相换为电感性负载或电感与电容并联负载，重新进行上述测量，并对实验结果进行分析总结。
五、思考题
1．三相四线制系统，中性线上可以安装开关和保险吗？为什么？
答：不能安装熔断器。
因为在三相四线制不对称星形负载中，中性线电流乘以中性线阻抗就
等于中性点位移电压。
若中性线上安装了熔断器，一旦发生断路，会使中性线阻抗变为无穷大，产生严重的中性点位移，使三相电压严重不对称。
因此在实际工作中，除了要求中性线不准断开(如中性线上不准装开关、熔断器等)外，还规定中性线截面不得低于相线截面的1/3；同时要力求三相负载平衡，以减小中性线电流，让中性点位移减小到允许程度，保证各相电压基本对称。
2．三相三线制负载星形联结，当负载不对称时，有无中性点位移？为什么？
答：有中性点位移。
因为在三相三线制电路中，即使三相电源是对称的，但是若三相负载不对称，就会使得三相负载上分配的电压也不对称，进而使负载的中性点与负载对称时的中性点(即电源中性点) 之间有电位差，二者不重合，这样就造成了中性点位移。
三相电路的测量原始数据记录
学号：12S006081 姓名：王云
不对称负载电压电流相量图一根端线断路电压电流相量图
表3 负载三角形联结的电流测量
教师签字：。