实验四三相电路电压、电流的测量
一．实验目的
1、练习三相负载的星形联接和三角形联接；
2、了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；
3、了解三相四线制供电系统中，中线的作用；
4、观察线路故障时的情况；
5、学会用功率表测量三相电路功率的方法。
二．原理说明
1.三相电压、电流的测量
电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Y’形）或三角形（又称‘Δ’形）。
当三相对称负载作‘Y’形联接时，线电压ＵＬ是相电压UP的倍，线电流ＩＬ等于相电流ＩＰ，即：UL=3UP, IL=IP，流过中线的电流ＩN＝０；作‘Δ’形联接时，线电压UL等于相电压UP，线电流IL是相电流IP的3倍，即：IL=IP, UL=UP
不对称三相负载作‘Y’联接时，必须采用‘YO’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。
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；对于不对称负载作‘Δ’ 联接时，IL≠3Ip，但只要电源的线电压UL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。
本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。
2．三相功率的测量
（1）三相四线制供电，负载星形联接（即Y0接法）
对于三相不对称负载，用三个单相功率表测量，测量电路如图4-1所示，三个单相功率表的读数为W1、W2、W3，则三相功率P＝W1＋W2＋W3，
这种测量方法称为三瓦特表法；对于三相
对称负载，用一个单相功率表测量即可，若功率表的读数为W ，则三相功率P＝3W，称为一瓦特表法。
（2）三相三线制供电
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’接还是‘Δ’接，
N
都可用二瓦特表法测量三相负载的有功功率。
测量电路如图4-2所示，若两个功率表的读数为W1、W2，则三相功率
P=W1+W2=UlIlcos(30︒-ϕ)+UlIlcos(30︒+ϕ)，
其中ϕ为负载的阻抗角（即功率因数角），两个功率表的读数与ϕ有下列关系：①当负载为纯电阻，ϕ＝0，W1＝W2，即两个功率表读数相等；
图19-2图4-2
②当负载功率因数cosϕ=0.5，ϕ=±60︒，将有一个功率表的读数为零；
③当负载功率因数cosϕ〈0.5，>60︒，则有一个功率表的读数为负值，该功率表指针将反方向偏转，指针式功率表应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。
对于数字式功率表将出现负读数。
三．实验设备
1．三相交流电源 2．交流电压表、电流表
3．NEEL—17或EEL—55或MEEL—02
N
四．实验内容
1．三相电压、电流的测量
（1）三相负载星形联接（三相四线制供电）
图4-3
图18-1
实验电路如图4-3所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。
用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为0V的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220Ｖ。
测量线电压和相电压，并记录数据。
在用到NEEL-17组件时，两个灯炮应该串联，做不对称实验时，将第四相灯泡并到另三相灯泡的任意一相即可。
①在有中线的情况下，用高压电流取样导线测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流, 并测量各相电压，将数据记入表4-1中，并记录各灯的亮度。
②在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点Nˊ的电压UNNˊ，将数据记入表4-1中，并记录各灯的亮度。
(2)三相负载三角形联接
实验电路如图4-4所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。
调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为220V。
测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表4-2中，并记录各灯的亮度。
图4-4
图18-2
表4-1 负载星形联接实验数据
2．三相功率的测量
（1）三相四线制供电，测量负载星形联接（即Y0接法）的三相功率
①用一瓦特表法测定三相对称负载三相功率，实验电路如图4-5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。
经指导教师检查后，接通三相电源开关，将调压器的输出由0调到220V（线电压），按表4-3的要求进行测量及计算，将数据记入表中。
②用三瓦特表法测定三相不对称负载三相功率，本实验用一个功率表分别测量每相功率，实验电路如图4-5所示，步骤与①相同，将数据记入表4-3中。
（2）三相三线制供电，测量三相负载功率
①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4-6(a)所示，图中
N
图19-4图4-5
‘三相灯组负载’见图(b)，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4-4的内容进行测量计算，并将数据记入表中。
②将三相灯组负载改成‘Δ’接法，如图(ｃ)所示，重复①的测量步骤，数据记入表4-4中。
（a）
图19-5图4-6
（b）（c）
五．实验注意事项
1．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，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后抓线的实验操作原则。
2．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。
3．测量、记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，防止记错。
4．实验时，应将每相的两个灯泡串联，做不对称实验时，将第四相并到其他三相的另一相上。
5. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋钮调回零位，如改变接线，均需新开三相电源，以确保人身安全。
六．预习与思考题
1．三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？本实验为什么将三相电源线电压设定为220V？
2．三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？当三相负载对称时又有何关系？
3．说明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？ 4．复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理。
5．复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理。
6．测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表？
七．实验报告要求
1．根据实验数据，在负载为星形连接时，Ul=Up在什么条件下成立？在三角形连接时，Il=Ip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．不对称三角形联接的负载，能否正常工作？实验是否能证明这一点？
4．根据不对称负载三角形联接时的实验数据，画出各相电压、相电流和线电流的相量图，并证实实验数据的正确性。
5．整理、计算表4-3、表4-4的数据，并和理论计算值相比较；
6．总结、分析三相电路功率测量的方法。