低壓電工實用技術-三相交流電路電壓、電流的分析與測量

電子與信息技術專業(yè)

三相交流電路電壓、電流的分析與測量[目錄]任務目標實訓設備和元器件基礎知識三相交流電源三相負載的連接任務實施

任務說明

工作原理

操作步驟

評分標準[任務目標]（1）了解三相對稱交流電源的特點；（2）掌握三相電源（星形聯(lián)結、三角形聯(lián)結）的線電壓與相電壓的關系；（3）掌握三相負載（星形聯(lián)結、三角形聯(lián)結）的線電壓與相電壓的關系、線電流與相電流的關系；（4）會測試三相交流電路的電壓、電流，并對測試參數(shù)進行分析。[實訓設備和元器件]

表1實訓設備和元器件明細表序號器件名稱

型號規(guī)格

數(shù)量

備注1交流電路實驗箱及配套的三相四極電源THA-JD1型1開關一組，220V，15W的白熾燈3只2數(shù)字式萬用表VC890C+1

3三相異步交流電動機根據(jù)實驗條件自定1線電壓380V，三角形接法4導線是實驗箱配套若干

一、三相交流電源

（一）三相對稱交流電壓

三相交流電源指的是三個頻率相同、幅值相等、相位上互差120o的正弦交流電源。由三相正弦交流電源供電的電路稱為三相正弦交流電路，又稱三相電路。

三相正弦交流電源通常都是由三相交流發(fā)電機所產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機的定子上安裝三個具有相同匝數(shù)和尺寸的繞組，分別為U1U2、V1V2、W1W2，且這三個繞組在空間的位置是彼此相差120o的。三相交流發(fā)電機的原理示意圖如圖所示。其中，U1、V1、W1分別為三個繞組的首端，U2、V2、W2分別為繞組的末端。在工程應用中，一般U相、V相、W相分別用黃、綠、紅來標記。[基礎知識]一、三相交流電源

（一）三相對稱交流電壓

U、V、W三相電壓具有頻率相同、振幅相等、相位上互差120o的特點。以U相作為參考，那么其三相電壓的瞬時值的表達式可分別表示為：

式中，

為各相電壓的最大值。

這樣的三相電壓就是三相對稱交流電壓。能產(chǎn)生這種交流電壓的電源稱為三相對稱交流電源，其波形圖如圖所示。它們對應的相量形式可表示為：[基礎知識]式中，U

為各相電壓的有效值。（二）三相電源的連接三相電源有兩種連接方式，分別為星形連接（Y）和三角形連接（Δ）。對三相發(fā)電機來說，通常采用星形連接，但三相變壓器常用三角形連接。1.三相電源的星型連接

[基礎知識]

將三相電源的三個繞組末端U2、V2、W2連接在一起，從三個首端引出三根導線的連接方式，稱為三相電源的星形聯(lián)結，如圖所示。末端的連接點稱為中性點，用字母N表示，而從中性點引出的線稱為中性線或零線，若中性線接地，又稱地線。從首端U1、V1、W1引出的線稱為相線或端線，俗稱火線，用字母U、V、W表示。這種有中性線引出，即電源輸出為四根線的供電方式稱為三相四線制；如果電源不引出中性線，這樣的供電系統(tǒng)稱為三相三線制。三相電源的星形連接

[基礎知識]

三相電源每相繞組首端和末端的電壓稱為相電壓，用表示；它們的有效值用

表示；相電壓的有效值用Up表示，即在三相四線制中，任意兩根相線之間的電壓為線電壓，用

表示。由左圖可見，根據(jù)基爾霍夫定律可得出線電壓和相電壓之間的關系：相量式表示為：三相電源的星形連接

[基礎知識]

三相電源的星形連接以為參考相量，線電壓與相電壓的相量圖：【例7-1】當三相發(fā)電機繞組連成星形連接時，已知相電壓

，試寫出相電壓

的瞬時值表達式和對應的線電壓相量。解:根據(jù)電壓對稱性可得又由于，則

[基礎知識]2.三相電源的三角形連接

[基礎知識]

把每相繞組的首端與另一相繞組的末端依次連接，構成一個閉合的三角形，再從三個連接點處分別引出三條端線稱為三相電源的三角形聯(lián)結，如圖所示。按這種接法，三相對稱電源的線電壓等于相電壓，既有向量表示為：有效值為：三相電源的三角形連接

[基礎知識]

三相電源的三角形連接由向量圖可知：三個相電壓的相量和為零，即二、三相負載的連接按照用電設備對供電電源的要求可分為兩大類：一類只需單相電源供電的為單相負載，例如照明燈、收音機、洗衣機、單相電動機等；另一類需要三相電源供電才能正常工作的用電設備稱為三相負載，例如三相異步電動機等。（一）三相負載的星型連接[基礎知識]1.負載的線電壓與相電壓每相負載兩端的電壓稱為負載的相電壓Up。任意兩根相線之間的電壓稱為負載的線電壓。2.負載的線電流與相電流在三相電路中，流過每條相線上的電流稱為線電流，用

表示，其參考方向從電源指向負載，有效值用字母

表示。流經(jīng)每相負載的電流稱為相電流，有效值用字母

表示，由右圖可以看出，各相的線電流就等于該相的相電流。三相負載的星形連接[基礎知識]由相量形式的歐姆定律，可得各相的電流相量為：設三相負載的各相電阻分別為

，電抗分別為

，由阻抗三角形可推出各相阻抗

的值為：每相負載中的電流有效值為：每相負載的相電壓和電流的相位差為：[基礎知識]當三相負載對稱時，即

，由于其三相電壓對稱，所以三相電流也對稱，就有各相電流大小相等、頻率相同、相位互差120o的特點，即[基礎知識]3.三相四線制電路的特點（1）每相負載承受的是對稱電源的相電壓。（2）線電流等于相電流，用有效值表示為（3）中性線電流等于各相（線）電流之和。在三相四線制中，流經(jīng)中性線的電流稱為中性線電流，其有效值用字母

表示，下圖給出了各相電壓、相電流及中性線電流在一般情況下的相量圖。

如果負載對稱，則中性線電流為零，可表示為由于中性線電流為零，有無中性線并不影響電路，所以中性線可省略，電路可采用三相三線制?！纠?-2】例7-2（a）圖所示為星形連接的三相負載，且其電源為三相對稱電源，已知

，將三盞額定電壓

的白熾燈分別接入U、V、W相，已知白熾燈的功率分別為

，。

（1）求各相電流及中性線電流，并畫出相量圖；

（2）分析U相斷路后各燈工作情況；

（3）分析U相斷開且中性線也斷開時的各燈情況。

[基礎知識]解（1）由于每相負載均為電阻元件，所以各相電流的相位與對應的各電壓的相位相同。其相電壓、相電流的相量圖如圖所示?！纠?-2】例7-2（a）圖所示為星形連接的三相負載，且其電源為三相對稱電源，已知

，將三盞額定電壓

的白熾燈分別接入U、V、W相，已知白熾燈的功率分別為

，。

（1）求各相電流及中性線電流，并畫出相量圖；

（2）分析U相斷路后各燈工作情況；

（3）分析U相斷開且中性線也斷開時的各燈情況。

[基礎知識]解（2）U相斷開，則

，A燈不亮；B燈兩端電壓和C燈兩端電壓仍是對稱電源相電壓，故B燈、C燈正常工作。

（3）U相斷開且中性線也斷開時，B燈和C燈之間串聯(lián)，共同承受三相電源的線電壓380V。因為各燈的電阻為則利用分壓關系可計算出60W的B燈兩端電壓是292V，大于額定電壓，可能會燒毀；而200W的C燈兩端電壓是88V，小于額定電壓，所以兩燈都不能正常工作?！纠?-3】已知對稱的三相四線制電路，電源的線電壓

，阻抗

，求負載的相電壓和相電流的相量表達式。[基礎知識]解：根據(jù)三相四線制電路線電壓與相電壓的關系式得

因為對稱負載，則可根據(jù)

直接得出

由歐姆定律可求出每相負載的相電流：[基礎知識]（二）三相負載的三角形連接將三相負載分別接在三相電源的每兩根相線之間的接法，稱為三角形連接。因為負載為三角形連接時不用中性線，故不論負載對稱與否電路均為三相三線制。負載作三角形連接的三相電路及各電流、電壓參考方向如圖所示。三相負載的三角形連接1.負載的線電壓與相電壓三角形連接的每相負載是接在兩根相線之間，因此負載的相電壓就是對稱電源的線電壓。2.負載的線電流與相電流規(guī)定三角形連接的負載相電流的參考方向與相電壓的參考方向一致，用表示，由KCL定律可知，線電流與相電流的關系為用相量表示，則每相負載的相電流相量為

[基礎知識]（二）三相負載的三角形連接三相負載的三角形連接當各相負載對稱時，那么三相相電流是對稱的，三相線電流也是對稱的。作出線電流、相電流的相量圖如圖所示。從相量圖看，線電流總是滯后對應相電流30o，大小關系有[基礎知識]（二）三相負載的三角形連接三相負載的三角形連接3.三相負載三角形聯(lián)結的特點1）每相負載承受的是對稱電源的線電壓。2）各線電流由兩相鄰相電流決定。當負載對稱時，線電流的有效值為相電流有效值的

倍，且線電流的相位滯后對應相電流

。3）三相三線制供電。負載三角形連接時，相電壓對稱。若某一相上負載因故斷開，也不會影響其他兩相上的單相負載正常工作?！纠?-4】對稱負載接成三角形，接入電壓

的三相對稱電源上，若每相阻抗

，求：（1）負載各相電流及各線電流；（2）W相負載斷開后的各相電流及各線電流。[基礎知識]解：（1）由于線電壓，則負載各相電流為

根據(jù)負載對稱時線電流與相電流的關系，各線電流為

【例7-4】對稱負載接成三角形，接入電壓

的三相對稱電源上，若每相阻抗

，求：（1）負載各相電流及各線電流；（2）W相負載斷開后的各相電流及各線電流。[基礎知識]解：（2）W相負載斷開后，各相負載電壓不變，所以相電流

、不變，。線電流

不變，另兩個線電流為：

1.任務說明

根據(jù)表1準備好實訓設備和元器件，各小組按照圖所示的三相交流實驗電路進行接線及調(diào)試，學會測量負載在星形連接、三角形連接時所對應的線/相電流、線/相電壓等參數(shù)，最終能夠利用所學理論知識對測量結果進行分析。[任務實施:三相交流電路電壓、電流的分析與測量]2.工作原理[任務實施:三相交流電路電壓、電流的分析與測量]在（a）中，負載為白熾燈，接法為星形聯(lián)結，每盞白熾燈的電壓為220V。當接通三相電源，閉合開關S時，三盞白熾燈同時發(fā)光；斷開開關S，三盞白熾燈同時熄滅。在（b）中，負載為三相交流異步電動機，接法為三角形聯(lián)結，每相繞組的電壓為380V。當接通三相電源，閉合開關S時，三相交流異步電動機轉動；斷開開關S，三相交流異步電動機停止轉動。3.操作步驟[任務實施:三相交流電路電壓、電流的分析與測量]第1步：記錄白熾燈的技術參數(shù):

；記錄三相交流電動機銘牌技術參數(shù):

；第2步：按照圖所示的三相交流實驗電路圖進行電路連接。第3步：通電前檢查：1）在圖（a）中，閉合開關S，將數(shù)字式萬用表達到2K?電阻檔，兩只表筆分別放到L1、N兩個引腳處，L2、N兩個引腳處，L3、N兩個引腳處，若都出現(xiàn)幾百歐的阻值，說明電路正常。2）在圖（b）中，閉合開關S，將數(shù)字式萬用表達到蜂鳴檔，兩只表筆分別放到燈管L1、L2兩個引腳處，L2、L3兩個引腳處，L3、L1兩個引腳處，若萬用表上有相同的阻值，正常阻值約為幾歐姆至十幾歐姆，說明電路正常。第4步：通電檢驗圖（a）中，接通三相電源，閉合開關S，三盞白熾燈同時發(fā)光；斷開開關S，三盞白熾燈同時熄滅。在（b）中，當接通三相電源，閉合開關S時，三相交流異步電動機轉動；斷開開關S，三相交流異步電動機停止轉動。3.操作步驟[任務實施:三相交流電路電壓、電流的分析與測量]第5步：測量參數(shù)選擇相應的儀表，達到合適檔位，測量負載的線電流、相電流、線電壓、相電壓。測量圖（a）中負載的各類電壓,各類電流值填入表2中，測量圖（b）中負載的各類電壓,各類電流值填入表3中。線電壓/VUABUBC

UCA

相電壓/VUAUB

UC

線電流(相電流)/AI