实验七 三相负载的联结与功率的测量 一、实验目的 1．观察负载中性点位移现象，联结中性线的作用。 2．观察三相星形负载和三角形负载的故障情况，学习故障的分析判断。 3．三相对称负载电压、电流的测量。 4．练习使用三相调压器。 5．学习用三功率表和二功率表法测定三相电路的功率。 二、实验原理与方法 1．三相负载的星形联结 三相负载星形联结电路如图1所示。其中图1（a）无中性线，这种联结方式的特点是各相负载的某一个端点连接在一起，另外一个端点接到电源上。图1（b）有中性线，这种联结方式的特点是将中性线与负载共同端连接在一起。  （a）无中性线 （b）有中性线 图1 三相负载Y形联结电路图 当电源对称，无论是有中性线还是无中性线的连接电路，只要三相负载对称，它们都满足以下关系 UL= UP（线电压为相电压的倍） IL= IP（线电流等于相电流）  N =U+V+W =0（中性线电流相量和为零） 此时，可以省去中性线。 在电源对称，三相负载不对称情况下，只要有中性线，仍然有 UL= UP（线电压为相电压的倍） IL= IP（线电流等于相电流） 但此时  N =U+V+W ≠0（中性线电流相量和不为零） 此时，三相电流不对称，中性线不可省去。 若中性线断开，则UL≠ UP，IL= IP，将出现中性点位移现象，如图2所示。各相负载电压不对称，电压过高的相会出现过载现象，电压过低的相会使负载不能正常工作。  图2 中性线断开和中性点位移 2．三相负载星形联结中线作用 星形联结有中线系统是目前供电系统中普遍采用的一种供电方式。中线的作用能将三相负载变成三个独立回路。所以不论负载如何变动（负载不对称），每相负载的对称电压不变，因而每相负载均能正常工作，见图3（a）所示。 如果中性线断开，这时线电压仍然对称，但每相负载原先所承受的对称相电压被破坏，各相负载承受的电压高低不一，如图3（b）所示。在V相灯未打开（断路）情况下，U相灯是W相灯的二倍，其等效电阻是U相为W相的。所以线电压按阻值大小分压给U、W相负载时，U相负载因阻值小而分得电压低于额定电压，灯光暗；W相负载因阻值大而分得电压超过额定值，灯光过亮，严重时W相灯泡烧毁，此时U相灯也因回路不通而断电不发光。  图3 星形联结中线作用 3．三相负载的三角形联结 三相负载三角形联结原理图如图4所示。这种连接方式的特点是各相负载两端点依次连接在一起，并在其连接点处接到电源上。  图4 三相负载三角形联结原理图 在电源对称、三相负载对称的情况下，三角形联结电路满足以下关系 IL=I P（线电流为相电流的倍） UL=U P（线电压等于相电压） 2．三相有功功率测量 使用单相功率表测量三相电路的功率。根据三相负载是否对称，可分别采用一功率表法，二功率表法，三功率表法。其中，一表法适用于三相对称负载，二表法适用于三相对称或不对称负载，三表法适用于三相对称或不对称负载。这三种测量方法适用情况见表1所示。 表1 三相功率测量方法适用范围 一表法 二表法 三表法  对称负载 P=3PUV P=P1+ P2 P=PUV+ PVW+ PWU  不对称负载  P=P1+ P2 P=PUV+ PVW+ PWU  三、实验仪器与设备 1．三相负载灯箱 1只 2．交流电压表 1只 3．交流电流表 1只 4．三相闸刀开关 1只 5．三相调压器 1只 6．开关 若干 7．功率表 2只 四、实验内容与步骤 1．三相对称负载星形联结 按图5接线，将三相调压器输出端调节到220V，闭合QS、S1、S3、S4、S5断开S2，分别测量线电压UUV、UVW、UWU ，相电压UUN、UVN、UWN ，线电流IU、IV、IW，中性线电流IN和中性点位移电压UN′N的数值记录于表2中。线电流和中线电流的测量可以断开对应的开关，将电流表跨接于开关两端（串入电路）即可测量。  图5 负载星形联结实验电路 断开中性线（用断开开关S5模拟），重复测量上述数据，记录于表2中。 2．三相不对称负载星形联结 仍然按图5接线，三相调压器输出电压调节到220V，闭合QS、S1、S2、S3、S5，断开S4，构成三相不对称负载，有中性线连接方式。测量相电压UU、UV、UW ，中性点位移电压UN′N ，并观察三相负载灯泡的亮暗程度，记录于表2中。 表2 三相对称负载电压、电流实验数据 项目 中 性线 线电压 相电压 线电流 中性线电流 中性点位移电压   UUV UVW UWU UUN UVN UWN IU IV IW IN UN′N  有中 性线             无中 性线              在三相不对称负载有中性线电路基础上，断开开关S5，成为三相不对称负载星形联结无中性线电路。测量相电压UU、UV、UW ，中性线位移电压UN′N ，并观察三相负载灯泡的亮暗程度，记录于表3中。 表3 三相不对称负载电压、电流实验数据 项目 中性线  相电压 中性点位 移电压  灯泡亮暗程度   UU UV UW UN′N U V W  有中 性线         无中 性线         3．三相对称负载三角形联结 按图6接线，将三相调压器输出电压调到127V，闭合开关QS、S1、S2、S3、S4、S5、S6，断开S7。所有灯泡应发光，分别测量线电压UUV、UVW、UWU，线电流IU、IV、IW，相电流IUV、IVW、IWU的数值记录于表4中。测量线电流时，可拆除熔断器中的熔丝，将电流表跨接在熔断器FU的两端进行测量。测量相电流时，可以断开对应的开关，将电流表跨接于开关两端（串入电路）即可测量。  图6 三相对称负载三角形联结实验电路 4．三相不对称负载三角形联结 按图6接线，闭合全部开关QS、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。测量三相不对称负载三角形联结时线电压UUV、UVW、UWU，线电流IU、IV、IW，相电流IUV、IVW、IWU的数值记录于表4中。 表4 负载三角形联结实验 项目 负载 线 电 压 线 电 流 相 电 流   UUV UVW UWU IU IV IW IUV IVW IWU  对称负载           不对称负载           5．三相对称负载功率测量 三相对称负载功率测量可以使用一表法、二表法和三表法。本次实验采用一表法和二表法测量。 按图6接线，闭合开关QS、S1、S2、S3、S4、S5、S6，断开开关S7，组成三相对称三角形联结电路。在此基础上断开开关S6，在S6位置上接入功率表如图7所示。一表法测量数据记录于表5中。 在一表法测量电路基础上，拆除功率表，闭合开关S6，按图8所示连接电路。   图7 一表法测三相对称负载功率 图8 二表法测三相对称负载功率 二表法测量数据记录于表5中。 4．三相不对称负载功率测量 三相不对称负载功率测量可以使用二表法和三表法。二表法测量与三相对称负载二表法测量完全一样。三表法是按一表法方式，分别测量三相负载的功率，然后求得总功率P=PUV+PVW+PWU。 二表法和三表法测量线路与图8和图7相同。 二表法和三表法测量数据记录于表5中。 表5 三相负载功率测量实验数据 测 量 值 计算值   PUV P1 P2 PVW PWU P  对称 负载 一表法         二表法        不对称 负载 二表法         三表法        五、注意事项 1．实验前要认真检查负载灯箱中各相负载所使用的灯泡功率是否一致，以保证负载对称。若要求不对称负载，可利用开关接通或断开该相负载灯泡即可。 2．三相调压器引线较多，要注意正确接线，调压器中性点必须与电源中性线连接。若没有三相调压器，也可使用三个单相调压器连接成三相调压器。 3．本实验涉及强电，注意不要碰触金属带电物体，防止电击事故。 4．在没有三相调压器情况下，也可利用三个单相调压器连接组成三相调压器。或者不使用调压器，将两个同规格220V灯泡串联起来，组成对称三角形联结，直接接入380V交流电源。 5．二表法测量三相功率时，测量不同的负载仪表读数有几种情况： （1）测纯电阻负载时，=0，则 P1= P2=IUcos30o 两功率表读数相同，P=2 P1（2 P2）。 （2）当负载cos>0.5时 P1>0，P2>0 两功率表读数都为正，P= P1+ P2 。 （3）当负载cos=0.5时 P1>0，P2=0 一只功率表读数为正，另一功率表读数为零，P= P1（ P2）。 （4）当负载cos<0.5时 P1>0，P2<0 一只功率表读数为正，另一功率表读数为负，P= P1- P2 。 为了读数，应将读数为负的功率表右下方的转换开关由“+”转至“-”，此时读数应为负值。 六、实验报告要求 1．分析实验数据。 2．回答下列问题： （1）什么情况下应采用有中性线的星形联结？ （2）什么是中性点位移？如何克服中性点位移？ （3）三相负载采用二表法测功率是否要求负载对称？ （4）单相功率表错误接线有哪几种？产生什么后果？