三相交流电路.doc

奇数页（章名）第五章 三相交流电路5.1 实训概要通过本章实训学习，应加深理解三相交流电路电压、电流和功率的特性，掌握三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法；加深理解对称和不对称负载在星形连接和三角形连接时的相电压、线电压以及相电流、线电流间的关系，掌握三相电路的实验方法。5.1.1实训总体要求 1、深入理解三相电路电压、电流和功率的特性，掌握三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法；2、掌握对称和不对称负载在星形连接和三角形连接时的相电压、线电压以及相电流、线电流的测量方法；3、通过实训学习，掌握相序的测试方法。5.1.2 实训重点1、三相交流电路电压、电流和功率的基本特性； 2、三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法和测试方法；3、在三相四线制中，当负载不对称时中线的作用。5.1.3 实训知识准备1、认真复习三相交流电路电压、电流和功率的基本特性；2、掌握三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法和测试方法；3、深刻理解在三相四线制中，当负载不对称时中线的作用；4、掌握相序的测试方法。5.1.4实训考核标准1、是否掌握三相交流电路中负载星形和三角形接法电压、电流和功率的基本特性；2、是否掌握三相交流电路中负载星形和三角形的测试方法；3、是否掌握三相四线制中，当负载不对称时中线的作用；4、是否掌握相序的测试方法。5.2 实训案例操作分析5.2.1案例题目 三相交流电路电压电流的测定5.2.2 实训目的 1、通过实验，深入理解三相交流电路电压、电流和功率的基本特性； 2、掌握三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法和测试方法；3、了解在三相四线制中，当负载不对称时中线的作用及实验研究方法。5.2.3 实训原理 1、只用一个交流电源供电的电路称为单相交流电路，而由频率和振幅相同、相位互差120三个正弦交流电源同时供电的系统，称为三相交流电路。目前，电力系统普遍采用三相制供电方式，这是因为与单相电路相比，三相交流电路在发电、输电和用电等方面具有很大优越性。2、在任何电路中，为保证负载的正常工作，负载电压应该等于其额定工作电压。因此，在三相供电系统中，负载可连接成星形或三角形，以保证负载的正常工作。3、负载星形连接，通常采用三相三线制或三相四线制供电；而三角形连接，只能采用三相三线制供电。星形连接三相三线制和三相四线制的接线方式，如图2.5.1所示： 图2.5.1在图2.5.1所示的电路中，若将中线开关S断开，则实际的连接为三相三线制；若将中线的开关S闭合，则连接为三相四线制。4、在三相三线制供电中，忽略不计线路阻抗Zl ，则负载的线电压与电源的线电压是相等的，即：UAB=UAB UBC=UBC UCA=UCA 若负载对称，则负载的相电压也对称，即：UAN = UBN = UCN并有： U线 = U相 若负载不对称，负载的相电压也就不对称，其数值可计算，与负载大小相关。5、从三相电源的正极性端引出三根输出线，称为端线，亦称火线；将三相电源的负极性端三根输出线联接为一点，称为电源中性点，用N表示，这种联接方式的电源又称为星形电源。在三相四线制供电中，通常将负载的中线点和电源的中线点连接起来，这两点的连线称为中线。6、若负载对称时，中线电流等于零，即INN = 0，其工作情况与三相三线制相同。若负载不对称时，忽略中线线路阻抗，这时中线电流I NN0，其电流值也可计算或用实验方法测定。在实际的应用中，要保证负载承受的电压等于额定的工作电压，在三相四线制供电电路中，中线不允许断开，中线不允许装保险丝或开关。7、如果将三相电源依次连接，从三个联接点引出三根端线，此种联接方式称为三角形联接，这种联接方式的电源又称为三角形电源。三角形电源的线电压与负载的相电压相等，即：U线 = U相 。5.2.4 实训仪器和设备 表2.5.1 仪器仪表及元器件一览表序号名 称型 号规 格数量备 注1三相交流电源380V0.5 KVA，2A12毫安表DA-160-1000mA1或500mA3指针万用表MF-471或500型4数字万用表UT-52或DT-990915交流电流表T51型0.5级1T77型6交流电压表T51型0.5级1T77型7白炽灯10W220V12灯具、灯泡全套8单相调压器 0-250V0.5KVA，2A19单联开关230V2A410双联三相开关380V5A25.2.5 实训内容和步骤1、按图2.5.2接线，将负载作星型连接，闭合开关S4，构成三相四线制系统，通过开关S1、S2、S3，构成三相负载对称和不对称情况，测出电源端各线电压、相电压，负载端各相电压和相、线电流以及中线电流。然后，再根据测得数据,总结三相负载星形连接时，在三相负载对称和不对称两种情况下，线电压、相电压以及线电流、相电流间的关系和中线的作用。 图2.5.22、按图2.5.3接线，将负载作三角形连接。通过开关S1S6，构成三相对称负载，断开开关S4，构成三相三线制系统，分别测出电源端各线电压、相电压，负载端各相电压和相、线电流以及中线电流。然后，再根据测得数据，总结三相负载三角形连接时，在三相负载对称和不对称两种情况下，线电压和相电压以及线电流和相电流间的关系。 图2.5.35.2.6 实训思考题1、 在交流电路中负载星形和三角形怎样进行联接？2、 如何测试三相交流电路中负载星形和三角形的电压、电流、功率？3、在三相四线制电路中，负载对称星形连接，当有一相开路时会发生什么情况？ 5.2.7 注意事项1、要正确选择仪表量程。电流表、电压表量程要大于或等于计算电流、电压的最大值；2、正确连接三相四线制电源，A、B、C三相和N线都要做好标志，要严防短路；3、220V/380V电压的开关要固定好，接线端子要有绝缘保护，防止触电；4、要严格遵守实验规程和安全操作规程。5.2.8 实训报告要求1、实训名称：三相交流电路电压电流的测定；2、实训目的：请参阅2.5.2；3、实训原理：简单说明原理，并附上实验电路图或实验原理图，请参阅2.5.3；4、实训仪器、仪表、设备：列表写明仪器仪表的名称、型号、规格、数量等，请参阅2.5.4 表2.5.1 仪器仪表及元器件一览表；5、实训内容和步骤： 简略叙述完成实训的关键步骤，分析实验数据，写出实验结论； 6、思考题：通过实训全过程，结合教材，进行回答；7、注意事项：请参阅2.5.7。 5.3 实训项目一 三相电路中电压、电流及功率的测量5.3.1 实训目的 1、通过实验，掌握三相电路电压、电流和功率的基本特性和测试方法； 2、掌握三相交流电路中负载星形和三角形的连接方法；3、观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用；4、掌握相序的测试方法。5.3.2 实训原理 1、将三相阻容负载（见图2.5.4）各相的一端X、Y、Z连接在一起，接成中性点。A、B、C分别接于三相电源即为星形接法，这时相电流等于线电流。如电源为对称三相电压，则线电压是相电压的倍，即：U线=。2、这时各相电流对称，电源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，这时如将中线断开，三相负载的各相相电压不再对称，各相电灯出现亮、暗不同的现象，这是由于中点位移引起各相电压不等的结果。图2.5.43、如果将三相阻容负载（见图2.5.4）的X与B、Y与C、Z与A分别相连，再在这些连接点上引出三根导线至三相电源，即为三角形连接法。这时线电压等于相电压，线电流为相电流倍的关系，即：I线= 。4、 在三相电源供电系统中，相序的确定是极为重要的事情，因为只有同相序的系统才能并联工作。三相电动机转子的旋转方向也完全取决于电源线的相序，许多电力系统的测量仪表及继电保护装置也与相序密切有关。5、确定三相电源相序的仪器称相序指示器，它实际上是一个星形联结的不对称电路，一相中接有电容C，另二相分别接入相等的电阻R（或两个相同的灯泡）如图2.5.5所示： 图2.5.56、如果把图2-5-5（a）的电路，接到对称三相电源上，等效电路如图2-5-5（b）。如果认定接电容的一相为A相，那么，其余二相中相电压较高的一相必定是B相，相电压较低的一相是C相。B、C两种电压的相差程度决定于电容的数值，电容可取任意值。7、在极限情况下，B、C两相电压相同，即如果C = 0，A断开，此时B、C两相电阻串联在线电压上。如两电阻相等，则两相电压相同；如C，A相短路，此时，B、C两相都接在线电压上；如电源对称，则两相电压也相同。8、当电容为其他值时，B相电压高于C相，一般为便于观测，B、C两相用相同的灯泡代替R，如选择1/C=R，简单的计算形式是：设三相电源电压为UAU0,UB=U-120,两中点电压UNN为：UNN = = = (-0.2+j0.6 ) UB相负载的相电压：UBN=UB-UNN=U-120-(-0.2+j0.6)U = (-0.3-j1.47)U=1.5U-105.5C相负载的相电压：UCN=UC-UNN=U120-(-0.2+j0.6)U = (-0.3-j0.266)U=0.4U-138.4由计算可知，B相电压较C相电压高2.8倍，所以B相灯泡较C相亮，以此，电源相序就可确定了。5.3.3 实训仪器和设备 表2.5.2 仪器仪表及元器件一览表序号名 称型 号规 格数量备 注1三相交流电源380V0.5 KVA，2A12毫安表DA-160-500mA1或1000mA3指针万用表MF-471或500型4数字万用表UT-52或DT-990915交流电流表T51型0.5级1T77型6交流电压表T51型0.5级1T77型7白炽灯10W220V12灯具、灯泡全套8电容器 0-10F250V109单联开关230V2A410双联三相开关380V5A25.3.4 实训内容和步骤1、按图2.5.5接线，用两相灯泡负载与一相电容器组成一只相序指示器，接上三相对称电源检查相序，并测量指示器各相电压、线电压、线电流及指示器中点与电源中点间的电压；2、将相序指示器测量的相电压、线电压、线电流等数据，填入表2.5.3中；3、按图2.5.4接线，将三相阻容负载按星形接法联接，接至三相对称电源；4、有中线时，在负载对称和不对称的情况下，测量各线电压、相电压、线电流、相电流和中线电流的数值；5、拆除中线后，在负载对称和不对称的情况下，测量各线电压、相电压，线电流、相电流的数值。观察各相灯泡的亮暗，测量负载中点与电源中点之间的电压UNN，并分析中线的作用；6、按图2.5.4接线，将三相阻容负载按三角形接法联接，接至三相对称电源。分别测量在负载对称及不对称时的各线电压、相电压、线电流、相电流数值；7、分别将星形接法和角形接法的测量数据填入表2.5.4和表2.5.5中，表2.5.3 相序指示器测量数据UABUBCUCAUANUBNUCNIAIBICUNNRBRCC表2.5.4 星形连接测量数据测量值负载线电压（伏）相电压（伏）相（线）电线（安）中线电流中点间电压UABUBCUCAUAUBUCIAIBIC负载对称有中线无中线负载不对称有中线无中线表2.5.5 三角形连接测量数据（负载对称）测量值负载线电压（伏）相电流（安）线电流（安）线电流/相电流UABUBCUCAIABIBCICAIAIBICIA/IABIB/IBCIC/ICA对称负载不对称负载5.3.5 实训思考题1、在三相交流电路中如何进行相序测试？2、 如何测试三相交流电路中负载星形和三角形的电压电流和功率？3、在三相四线制供电系统中，当负载不对称时中线的作用是什么？ 5.3.6 注意事项1、 使用电流表测量电流时，表的量限要选大一些，以防止电容负载电流的瞬态冲击；2、 按图接线后，要认真检查接线是否正确，指导教师确认无误后，方可送电；3、 改接线路，必须停电，改线完成后，经指导教师确认无误后，再送电实验；4、 因实验电压较高，要严格遵守实验规程和安全操作规程。5.3.7实训报告要求1、实训名称：三相交流电路电压电流的测定2、实训目的：请参阅5.3.23、实训原理：简单说明原理，并附上实验电路图或实验原理图，请参阅5.3.3。4、实训仪器、仪表、设备：列表写明仪器仪表的名称、型号、规格、数量等，请参阅5.3.4 表2.5.2 仪器仪表及元器件一览表。5、实训内容和步骤： 简略叙述完成实训的关键步骤，分析实验数据，写出实验结论； 6、思考题：通过实训全过程，结合教材，进行回答；7、注意事项：请参阅5.3.7。 5.4 实训项目二 三相电路电能的测定5.4.1 实训目的 1、掌握三相电路的连接方法及功率表的连接方法； 2、掌握三瓦表法和二瓦表法测量三相电路有功功率的方法；3、通过实验，掌握功率表的基本原理和用法。5.4.2 实训原理 1、在三相电路中，负载的连接方式可以采用星形连接和三角形连接。根据需要，星形连接可采用三相三线制或三相四线制，而三角形连接时只能采用三相三线制供电。2、测量对称三相电路与不对称三相电路有功功率的方法很多，原则上讲，只要测出每相功率（即每相接一只功率表），然后相加就是三相总功率。但这种方法只能用于对称三相四线制系统，如果负载为三角形联接或虽为星形联接但无中线，在这种情况下要测定每相功率是比较困难的。3、在三相四线制电路中，可采用三瓦表计数来测量有功功率；而在三相三线电路中，可以采用二瓦表计数法来测量有功功率。二瓦表法仅适于对称或不对称的三相三线制电路，而对三相四线制电路一般不适用。4、用单相功率表测量交流电路负载功率时，其功率P等于：P=UIcos， 式中：U为功率表电压线圈所跨接的电压；I为流过功率表电流线圈的电流；为U和I之间的相位差角。如图2.5.6所示。 图2.5.65、三瓦表法：三相四线制电路中负载所消耗的总功率，可用三只单相功率表分别测量A、B、C各相负载的功率，然后相加。即为：P总= PA + PB + PC ，这种测量方法称为三瓦表计数法。6、二瓦表法：在三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相功率，称为二瓦表计数法，如图2.5.7所示。三相负载所消耗的总功率P总为两只功率表读数的代数和，即：P总 = P1 + P2 = UACIAcos1 + UBCIBcos2 = PA + PB + PC式中，P1、P2分别表示两只功率表的读数。 图2.5.75.4.3 实训仪器和设备 表2.5.6 仪器仪表及元器件一览表序号名 称型 号规 格数量备 注1三相交流电源380V0.5 KVA，2A12单相功率表T51型0.5级3T77型3指针万用表MF-471或500型4数字万用表UT-52或DT-990915交流电流表T51型0.5级1T77型6交流电压表T51型0.5级1T77型7白炽灯10W220V12灯具、灯泡全套8电容器 0-10F250V109单联开关230V2A410双联三相开关380V5A25.4.4 实训内容和步骤1、按图2.5.8所示电路接线，采用三瓦表计数法测量其有功功率，这种测量方法称为三瓦表法。因此，三相四线制电路中负载所消耗的总功率，可用三只单相功率表分别测量A、B、C各相负载的功率，然后相加。 图2.5.82、按图2.5.