三相交流电路实验

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1、136实验 5 三相交流电路一、实验目的1学习三相负载的正确联接方法。2掌握三相电路中线电压、相电压、线电流、相电流的关系，了解三相四线制低压配电系统中中线的作用。3学习用二瓦特计法测三相负载的功率。4学习根据实验内容的要求选择仪表和量程，自拟实验电路及数据表格。二、实验原理1工业及民用的交流电源，几乎都是由三相电源供给的，单相交流电源也是由三相电源的一相提供的。三相电源一般来自发电机或变压器二次侧的三个绕组。三个绕组的始端为A、B、C、末端为 X、Y、Z ，若将三个绕组的末端连在一起，便形成星形（Y 型）联结。三个绕组的连接点成为一个公共端，称为中点，从公共端引出的导线称为中线（或零线） ，

2、并用字母 N 表示，有时中线与大地直接相连称为地线。从三个绕组始端引出的三条输电线称为端线或相线（俗称火线） 。这时电源有四条输电线，称为三相四线制电源。 端线（A、B、C）与中线之间的电压，就是一相绕组的电压，称为相电压，用 UP表示。 相电压有三个，即 UA、UB、UC，三个相电压是一组对称的电压，它们的相量表示式为o&0UPAUo&120-PBUUo&120PCUU任意两根端线（火线）之间的电压，称为三相电源的线电压，用表示。三个线电压lU 与相电压之间的关系为BAAB-UUU&CBBC-UUU&ACCAU-UU&根据它们之间的几何关系，可得o&303PABUUo&90-3PBCUUo&

3、1503PACUU三个线电压也是一组对称的电压，线电压的大小是相电压的倍，在相位上超前相应的相3电压。如果三相四线制电源的线电压，则此电源的相电压。o30380VlU220V 3380 PU2三相交流电路中负载有星形和三角形两种联结方法，如图 4.5.1。采用哪种联结方法取决于电源电压与负载的额定电压。目前我国低压配电大多数为 380V，三相四线制系统，通常电灯（单相负载）的额定电压为 220V，因此要接在相线与中线之间，并尽可能使电源各相负载均匀、对称，所以总体看负载联结成星形。由于有中线，可以保证在负载不对称时，负载各相电压仍是对称的。三相异步电动机、三相电炉等为三相对称负载（指各相负载阻

4、抗137的模与阻抗角完全相等，即） ，所以当星形联结时，由于中线电流 IN等于零，CBAZZZ可以采用三相三线制（即去除中线） 。本实验用白炽灯来模拟三相负载。BCZAIBICIC AZABZCAIABIBCIAIBINIAZBZCZCIAUBUCUABC)(a)(bNN图 4.5.1 三相电路中负载的联接（a）负载星形联结 （b）负载三角形联结 3三相对称负载不论是星形还是三角形联结，三相电路的有功功率cosIUcoIUPPll3s33PPP 式中 PP为其中一相的功率，IP及 Il为相电流及线电流，为相电压和相电流的相位差。 三相电路有功功率的测量，在三相四线制供电系统中，可采用一瓦特计法

5、（负载对称）和三瓦特计法（负载不对称） 。对三相三线制供电系统，不论负载对称与否，亦不论负载是星形还是三角形联接，一般都采用二瓦特计法。载负相三W1W*ABC图 4.5.2 二瓦特计法测量三相功率本实验采用二瓦特计法测量三相功率，测量的原理电路如图 4.5.2 所示。三相电路的总功率等于两个功率表读数的代数和，即 PP1P2。当负载的功率因数时（例如电0.5cos动机空载或轻载运行） ，测量时会出现一个功率表指针反偏现象，无法读数，此时可拨动面板上的极性开关（有些功率表无此开关，可调换电流线圈的两个接线端） ，使指针正偏，但读数应取负值。本次实验为电阻性电灯负载，不会出现负值，测量的总功率就为

6、PP1P2。三、实验仪器和设备电流插座、插头（各 1 ） 、灯板（配 4 个 220V、100V 白炽灯泡） 、交流电压表（0250500V） 、交流电流表（012A 及 00.51A 各 1 ） 、功率表138（00.51A、075150300600V） 。四、实验内容和步骤 1本实验采用线电压为 220V 的三相电源，用四个 220V、100W 的白炽灯泡接成三相 负载。 2灯泡负载接成星形 （1）测量对称负载有中线及无中线两种情况下的各线电压、相电压、线电流，有中线时 的中线电流和无中线时电源中点与负载中点之间的电压。将测得数据记入自拟表格。NNU（2）测量不对称负载（A 相负载中并接一

7、个白炽灯泡） ，有中线及无中线两种情况下与实 验内容 2（1）中所测相同内容的各数据，记入自拟表格。 3灯泡负载接成三角形（1）测量负载对称与不对称（AB 相负载上并接一个白炽灯泡）两种情况下的各线电压、线电流及 AB 相的相电流，将测得数据记入自拟表格。（2）用二瓦计法测量对称情况下三相灯泡负载的总功率，将两功率表的数据记入自拟表格。五、预习要求1将图 4.5.3 中白炽灯泡负载画成星形联结和三相电流插座及电源开关相连。要求一次接线能完成实验内容 2 中各项要求。分析图（c）中 S1、S2起什么作用。2将图 4.5.3 中白炽灯泡负载画成三角形联结的三相对称负载，并在 AB 相中串联一个测量

8、相电流的电流表。V220 ABC1S2SN（a） (b) (c)图 4.5.3 三相交流实验中所用电源板、电流插座及灯板的示意图（a）电源的开关板 (b)电流插座 (c) 灯板3根据实验内容 1、2、3，自拟相应的数据表格和选择仪表量程。 4按实验内容 3（2）的要求，画出用二瓦特计法测量三相功率的接线图。 六、实验总结报告1根据实验内容 2 的结果，说明中线的作用，以及在星形联结时的条件。Pl3UU2画实验内容 2（2）中不对称负载星形联接有中线情况下的电流相量图（以为参考AU 相量） 。 3画出实验内容 3（1）不对称负载情况下的各线电流和 AB 相电流的相量图（以 为参考量） 。ABU实

9、验 6 单相变压器及单相异步电动机的使用139一、实验目的1了解变压器的构造和铭牌数据的意义。2学会判定变压器绕组极性的方法。3学习测定变压器外特性及电压调整率。4学习正确使用单相自耦调压器。5学习单相电容运转异步电动机起动和反转的操作方法。二、实验原理1变压器是一种静止的电器，具有变换电压、电流和变换阻抗的作用，应用较广泛。由于应用的领域不同，变压器种类繁多，但其工作原理都是以电磁感应原理为基础的，它们的基本结构主要由铁心和线圈（又称变压器的绕组）两部分组成。通常将接到交流电源的绕组称为一次绕组（又称原绕组、初级） ，而将接到负载的绕组称为二次绕组（又称副绕组、次级） 。变压器的一次二次绕组

10、之间有磁耦合，当一次绕组外加交流电压后，由于电磁感应作用，使二次绕组产生交流电压，而原一次二次绕组之间在电路上没有连接，是相互隔离的。变压器的变压比（简称变比）规定为变压器二次侧开路（即空载）时，变压器的一次绕组与二次绕组电压之比，用字母来表示212O1 NN UUk式中为一次侧所加的电压，为二次侧的开路电压，、分别为一次、二次绕1U2OU1N2N 组的匝数。变压比 k 是变压器的一个重要参数。 当变压器一次侧接通电源，二次侧接通负载后，电路中就会产生电流，变压器成为负载运行状态。此时变压器一次、二次电流有效值的关系为。22 12 11IkINNI变压器的铭牌数据主要是额定电压、额定电流和额定

11、容量，它指导用户安全、合理地使用。变压器的额定电压是指变压器空载时，各绕组的电压；额定电流是以其额定容量除以额定电压计算得出；额定容量又称额定视在功率，其值等于变压器额定电压与额定电流的乘积。2有些变压器的一次、二次绕组不止一个，当需要将它们串联或并联使用时，要特别 注意绕组的正确联接，为此须判定它们的相对极性。本实验采用交流法判定绕组相对极性， 如图 4.6.1 所示。先将两绕组任一端点（如点 2 与 4）相联，在点 1、2 两端加一个比较低的 便于测量的交流电压，再用电压表分别测量点 1 与 3 之间的电压和两绕组的电压12U13U 及，若其有效值之间的关系为，则点12U34U341213

12、UUU 1 与 4 是同极性端（或同名端）标有“”号；若 ，则点 1 与 3 是同极性端。用同样的方法可341213-UUU判定多绕组变压器各绕组的相对极性。 3当变压器带负载后，由于一次、二次绕组存在电阻和漏磁抗，所以其输出电压将随负载电流增加而下降。2U2I当电源电压和负载功率因数为常数时，和1U2cos2U*12U34U1234*140的变化关系称为变压器的外特性曲线。对于电阻性或电感性负载，其外特性如2I)(22IfU图 4.6.2 所示。变压器从空载到 图 4.6.1 测定变压器绕组的相对极性额定负载，二次绕组电压的变化程度用电压调整率 U 表示（为空载时的输出电压） 。 20 20

13、220100%,-U UUUU02INI22U20U2U00U0I图 4.6.2 变压器的外特性曲线 图 4.6.3 变压器的空载特性曲线4变压器的空载实验主要是为了测量空载电流和空载损耗。空载电流产生磁通，0I0P空载损耗主要是铁心损耗（包括磁滞和涡流损耗） 。空载特性是空载电压与空载电流之0U0I 间的关系，如图 4.6.3 所示。 V220AXaxV2500V2201S2S3S4S5S2I2U1U ab自耦变压器单相变压器低压側高压側1I相线中线图 4.6.4 单相自耦调压器的电路符号 图 4.6.5 实验原理接线图5本实验中，在单相变压器前接有单相自耦调压器，以保证单相变压器一次绕组所

14、要求的电压。自耦调压器的电路符号如图 4.6.4 所示，AX 端接电源，ax 端接负载 ，Xx 为公共端，接电源的中线。当一次侧电压为 220V 时，二次侧电压在 0250V 范围内连续可调，它的一次侧与二次侧之间有直接电气联系。单相自耦调压器的接线图及额定值均己在铭牌上给出，供使用参考。接通电源前应先用验电笔测试出电源的中线，将电源的中线与 X 端相接，然后将自耦调压器的调压手柄逆时针旋到零位，以保证输出电压为零，接通电源后，再根据要求进行调压，使用完毕，应先将调压手柄逆时针旋到零，再断开电源。本实验的原理接线图如图 4.6.5 所示。6单相异步电动机采用单相交流电源，其输出功率较小（1KW

15、 以下） ，主要应用于电动工具，家用电器、医用器械和自动化仪表等设备中。本实验采用在家用电器中广泛应用的单相电容运转异步电动机，其定子绕组为单相绕组，转子为笼型绕组。当定子绕组通入单相交流电后 ，在定子内会产生一个脉动磁场，其大小随时间按正弦规律变化，而空间位置沿定子绕组轴线方向不变。可以分析此时转子受到的转矩为零，电动机不能自行起动。141单相电容运转异步电动机采用分相法起动，使转子在起动时产生起动转矩，从而使电动机自行起动。这种电动机定子上装有两组绕组，一组为工作绕组 W，另一组为起动绕组 S，它们在空间位置相差 90o，起动绕组串接电容 C 后与工作绕组并联接入电源，如图 4.6.6 所示。在同一单相电源作用下，如果电容量选择适当，可使工作绕组和起动绕组的电流相位差接近 90o，这样就能产生旋转磁场，笼型转子在旋转磁场作用下产生电磁转矩而使电机旋转。电动机的旋转方向由旋转磁场的旋转方向决定。M CWS图 4.6.6 单相电容运转异步电动机原理示意图本实验选用单相电容运转异步电动机，手动控制模拟洗衣机的洗涤过程，即实现电动机的正转停反转停的运转功能。