实验二十二   三相电路功率的测量

一、实验目的

  1. 掌握用一瓦特表法、 二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法。

  2. 进一步熟练掌握瓦特表的接线和使用方法。

二、原理说明

  1. 三相有功功率的测量

  根据负载的联接方式的不同，三相电路有功功率可以采用一表法、两表法和三表法来测量。

⑴三瓦特表法

  对于三相四线制供电的星接三相负载（即Yo接法），可用三只瓦特表分别测量各相负载的有功功率P_A、P_B、P_C，三相功率之和（ΣP＝P_A＋P_B＋P_C）即为三相负载的总有功功率值。实验线路如图22-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3 即得三相总的有功功率。

  三只瓦特表的接法分别为(i_A、U_A)(i_B、U_B)和(i_C、U_C)，其联接特点为：每一表的电流线圈串接在每一相负载中，其极性端(*I)接在靠近电源侧；而电压线圈的极性端(*U)各自接在电流线圈的极性端(*I)上，电压线圈的非极性端均接到中性线NO上。

根据上述特点，可以采用一只瓦特表和三个电流插孔来代替三块瓦特表使用。

图22-1三表法测Yo接负载的有功功率

⑵二瓦特表法

  对于三相三线制（Y接或△接）负载，不论其是否对称，都可按图22-2所示的电路采用两只瓦特表测量三相负载的总有功功率。

  可以证明，三相电路总有功功率P是两只瓦特表读数P1和P2的代数和。图22-2中两表测量的是：A相电流与A、C相的电压(I_A，U_AC)；B相电流与B、C相的电压(I_B，U_BC)。

P₁ =U_ACI_AcosΦ1        P₂ =U_BCI_B cosΦ2

  其中Φ1、Φ2为相应的相电流对相应的线电压的相位差。

  由图22-3所示相量图可知：

  Φ₁=30°－Φ，Φ₂=30°＋Φ(Φ为相电流对相电压的相位差)

  设负载是对称的    U_AC=U_BC=U_l， I_A =I_B =I_l

  则两表之和        P₁+P₂ = U_lI_lcosΦ即为三相负载的总有功功率。

（同学可以归纳出另外两种接法并画出线路图）。

若负载为感性或容性，且当相位差φ＞60°时，线路中的一只瓦特表指针将反偏(对于数字式功率表将出现负读数), 这时应将瓦特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。

  2. 三相无功功率的测量

  对于三相三线制对称负载，可用一只瓦特表测得三相负载的总无功功率Q，测试原理线路如图22-4所示。

  图中测量的是A相电流与B、C相的电压，I_A 对U_BC的相位差

θ=90°—Φ(容性负载为90°＋Φ)

  瓦特表的读数       P′=U_BCI_A  cos(90°±Φ)=±U_l I_l sinΦ　　　　

  由无功功率的定义   Q= U_l I_l sinΦ　

  可知：             Ｑ＝ P′

  即对称三相负载总的无功功率为图示瓦特表读数的 倍。

  除了上图给出的一种连接法（I_A、U_BC）外，还可以有另外两种连接法，即接成（I_B、U_CA）或（I_C、U_AB）。

三、实验设备

四、实验内容

  1. 用一表法测Yo接三相负载的有功功率

  按图22-1线路接线, 线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不要超过瓦特表电压线圈和电流线圈的量程。

  经指导教师检查后，接通三相电源， 调节调压器输出， 使输出线电压为220V，按表22-1的要求进行测量及计算。

表22-1  测定三相四线Yo接负载的有功功率

2. 用两表法测三相负载的有功功率

  (1) 按图22-2接线，将三相灯组负载接成Y形接法

  经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出线电压为220V，按表22-2的内容进行测量。

  (2) 将三相灯组负载改按成△形接法，重复(1)的测量步骤， 数据记入表22-2中。

表22-2   两表法测三相负载的有功功率

3. 用一瓦特表法测定三相对称负载的无功功率

  按图22-4 所示的电路接线，每相负载由白炽灯和电容器并联而成，并由开关控制其接入。检查接线无误后，接通三相电源，将调压器的输出线电压调到 220V， 读取三表的读数，并计算无功功率ΣQ，记入表22-3。

表22-3  无功功率的测量

五、实验注意事项

  1. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位。

  2. 每次改变接线，均需断开三相电源，以确保人身安全。

六、预习思考题

  1. 复习两瓦特表法测量三相电路有功功率的原理，画出瓦特表另外两种联接方法的电路图。

  2. 复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理，画出瓦特表另外两种联接方法的电路图。

七、实验报告

  1. 完成数据表格中的各项测量和计算任务，比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果。

  2. 总结、分析三相电路有功功率和无功功率的测量原理及电路特点。