实验6__三相对称与不对称交流电路电压、电流的测量

［实验目的］

1. 学会三相负载星形和三角形的连接方法，掌握这两种接法的线电压和相电压，线电流和相电流的测

量方法。

2. 观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用。 3. 学会相序的测试方法。 ［实验原理］

将三相阻容负载（图1）各相的一端X、Y、Z连接在一起接成中点，A、B、C（或U、V、W）分别接于三相电源即为星形连接，这时相电流等于线电流，如电源为对称三相电压，则因线电压是对应的相电压的矢量差，在负载对称时它们的有效值相差3倍，即 U线=3U相

图1

这时各相电流也对称，电源中点与负载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，这就是中点位移引起各相电压不等的结果。

如果将图1的三相负载的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，但线电流为对应的两相电流的矢量差，负载对称时，它们也有3倍的关系，即 I线=3I相

若负载不对称，虽然不再有3倍的关系，但线电流仍为相应的相电流矢量差，这时只有通过矢量图，方能计算它们的大小和相位。

在三相电源供电系统中，电源线相序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，三相电动机的转子的旋转方向也完全决定于电源线的相序，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。

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

K1 K2 K3

× × CA2μF K1 K2 K3 × × CB2μF K1 K2 K3 × × CC2μF 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所示：

1/ωC A B C

图2

UA UB 1/JωC × × （a）

A × B × R （b）

N’

N UC C R

如果把图（a）的电路接到对称三相电源上，等效电路如图（b），则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，在极限情况下B、C两相电压相等，即如果C=0，A相断开，此时B、C两相电阻串接在线电压上，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。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/ωC=R，这时有简单的计算形式：

设三相电源电压为UA=U∠0°，UB=U∠-120°，UC=U∠120°，电源中点为N，负载中点N'，两中点电压为：

UNN' =

jCUAUB/RUC/R

jC1/R1/RjU0U120U120

j2 =

=（-0.2+j0.6）U

B相负载的相电压

UBN' =UB-U N'N=U∠-120°-（-0.2+j0.6）U = (-0.3-j1.47)U=1.5U∠-105.5°

C相负载的相电压

U CN' = UC-U N'N=U∠120°-（-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3.8倍，所以B相灯泡较C相亮，亦即灯亮的一相，电源相序就可确定了。

［实验内容］

1. 将三相灯板负载按星形接法联接，接至三相对称电源。如图3(a)。

2. 测量有中线时负载对称和不对称的情况下，各线电压、相电压、线电流、相电流和中线电流的数

值。

3. 拆除中线后，测量负载对称和不对称，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，分析中线的作用。

4. 将三相灯板接成三角形连接，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

读数，分析它们互相间的关系。如图3(b)。

5. 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。如图3(c)。

实验所需元器件可从部件D05和D06上选取

［实验结果］

（1）星形连接

测量值 负载状态 负 载 对 称 负 载 不 对称 有中线 无中线 有中线 无中线 线电压（v） UAB UBC UCA 相电压（v）相（线）电线（A） UA UB UC IA IB IC 中 线 电 流 （A） 中 点 间电压 （v） （2）三角形连接（负载对称）

测量值 负载状态 对称负载 不对称负载 线电压（v） UAB UBC UCA 相电流（A） IAB IBC ICA 线电流（A） IA IB IC 线电流/相电流 IA/IAB IB/IBC IC/ICA （3）相序指示器

UAB UBC UCA U'AN U'BN U'CN IA IB IC UNN' RB RC C ［注意事项］

1. 可变电容箱D06有2只2μf电容和3只220V 15W白炽灯泡，分别由三只开关控制变换接线，二只

灯泡可通过开关接成串联或后1只灯泡被短接，前1只灯泡与电容并联，串联接法用于380V/220V

系统中三角形负载联接。

2. 作负载不对称连接时，可同时控制电容与灯泡的各种联接。

3. 如使用电流表插座应控制插头快速进出，同时电流表量限适当选大一些，防止电容负载电流瞬态冲

击使过载记录器启动。

4. 本次实验操作电源超出安全电压，必须保证断电接线，严禁通电接触电路。同时一人操作，其他人

监护。 ［实验报告］

完成实验测试，数据列表，分析中线的作用。