实验二十一   三相交流电路的研究

一、实验目的

1. 掌握三相负载作Y接、△接的方法，验证这两种接法下线、相电量之间的关系。

2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。

二、原理说明

  在三相电源对称的情况下，三相负载可以接成星形（Ｙ接)或三角形(△接)。三相四线制电源的电压值一般是指线电压的有效值。如“三相380V电源”是指线电压380V，其相电压为220V；而“三相220V电源”则是指线电压220V，其相电压为127V。

1. 负载作Y形联接

当负载采用三相四线制(Yo)联接时，即在有中线的情况下，不论负载是否对称，线电压U_l 是相电压UP的 倍，线电流I_l 等于相电流Ip，即

U₁= ，I₁=I_p

当负载对称时，各相电流相等，流过中线的电流Io＝0， 所以可以省去中线。

  若三相负载不对称而又无中线(即三相三线制Y接)时，UP≠1/ U_l ，负载的三个相电压不再平衡，各相电流也不相等，致使负载轻的那一相因相电压过高而遭受损坏，负载重的一相也会因相电压过低不能正常工作。

  所以，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。

2. 负载作△形联接

  当三相负载作△形联接时，不论负载是否对称，其相电压均等于线电压，即U_l＝U_p；若负载对称时，其相电流也对称，相电流与线电流之间的关系为：I_l ＝ Ip；

  若负载不对称时，相电流与线电流之间不再是 关系即：I_l≠ Ip

  当三相负载作△形联接时，不论负载是否对称，只要电源的线电压U_l对称，加在三相负载上的电压U_p仍是对称的，对各相负载工作没有影响。

3. 三相电源及相序的判断

  为防止三相负载不对称而又无中线时相电压过高而损坏灯泡，本实验采用“三相220V电源”，即线电压为220V，可以通过三相自耦调压器来实现。

  三相电源的相序是相对的，表明了三相正弦交流电压到达最大值的先后次序。

  判断三相电源的相序可以采用图21-1所示的相序指示器电路，它是由一个电容器和两个瓦数相同的白炽灯联接成的Y接不对称三相电路。假定电容器所接的是Ａ相，则灯光较亮的一相接的是电源的B相，灯光较暗的一相即为电源的C相(可以证明此时B相电压大于C相电压)。

三、实验设备

序号	名   称	型号与规格	数量	备   注
1	交流电压表		1	RTT03-1
2	交流电流表		1	RTT03-1
3	万用表		1	另备
4	三相自耦调压器		1	RTDG-1
5	三相灯组负载	220V/40W白炽灯	9	RTDG07
6	电流插孔		6	RTDG07

四、实验内容

1. 三相负载星形联接

  按图21-2连接实验电路，三相对称电源经三相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），经指导教师检查合格后，方可合上三相电源开关，然后调节调压器的旋柄，使输出的三相线电压为220V。

  

⑴三相四线制Yo形联接  (有中线)

  按表21-1要求，测量有中线时三相负载对称和不对称情况下的线/相电压、线电流和中线电流之值，并观察各相灯组亮暗程度是否一致，注意观察中线的作用。

表21-1  三相四线制Yo形联接

负  载  情  况

测    量    数   据

中线电流Io（A）

开  灯  盏  数

线电流（A）

线电压（V）

相电压（V）

A相

B相

C相

IA

IB

IC

UAB

UBC

UCA

UAO

UBO

UCO

40WX3

40WX3

40WX3

40WX1

40WX2

40WX3

40WX1

断路

40WX3

⑵ 三相三线制Y形联接  (断开中线)

  将中线断开，测量无中线时三相负载对称和不对称情况下的各电量，特别注意不对称负载时电源与负载中点间的电压的测量。将所测得的数据记入表21-2中，并观察各相灯组亮暗的变化情况。

表21-2  三相三线制Y形联接

负  载  情  况 开  灯  盏  数

测    量    数    据

中线电流Io（A）

线电流（A）

线电压（V）

相电压（V）

A相

B相

C相

IA

IB

IC

UAB

UBC

UCA

UAO

UBO

UCO

40WX3

40WX3

40WX3

40WX1

40WX2

40WX3

40WX1

断路

40WX3

⑶ 判断三相电源的相序

  将Ａ相负载换成4.7μF电容器，B、C相负载为相同瓦数的灯泡，根据灯泡的亮度判断所接电源的相序。

2. 三相三线制△形联接

  按图21-3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21-3的内容进行测试。

 

测 量 数 据 负 载 情 况

开  灯  盏  数

线电压（V）

线电流（A）

相电流（A）

A-B相

B-C相

C-A相

UAB

UBC

UCA

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

三相平

平三相不平衡

五、实验注意事项

1. 本实验采用线电压为380V的三相交流电源，经调压器输出为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. 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。

六、预习思考题

  1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形联接？

  2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联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，情况又如何？

  3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的线电压降为220V的线电压使用？

七、实验报告

  1. 用实验测得的数据验证对称三相电路中的 关系。

  2. 用实验数据和观察到的现象， 总结三相四线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相电流值作相量图，并由相量图求出线电流之值，然后与实验测得的线电流作比较。