Transcript 21. 三相交流电路

普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第21章
三相交流电路
1.实训目的
通过仿真实训，加深对三相电路的理解，掌握三相
电路电压、电流的测量方法，掌握有功功率测量及相序
判定方法。
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2.实训内容
1）三相电路电压和电流测量（技能型仿真实训）。
2）三相电路有功功率测量（技能型仿真实训）。
3）三相电路相序测量（技能性仿真实训）。
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21.1
三相电路电压和电流的测量
20.1.1 实训目的
1） 加深对三相电路的理解
2） 熟悉三相电路电压与电流的测量方法。
3） 掌握三相电路电压和电流的仿真实验方法。
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21.1.2 实训原理
由三个频率和振幅相同、相位互差120°的正弦交流电
压源按一定方式连接的电路，称为三相交流电路，主要有三
相四线制和三相三线制两种系统。
在三相四线制供电系统中，不论负载对称与否，负载均
可以采用Y联结，并且 U 线  3U 相 ， I线  I相 。对称时中
线上无电流，不对称时中线上有电流。
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在三相三线制供电中，当负载为Y联结 U 线  3U 相 ,
I线  I相 。当负载为△连时，U线  U相 ， I 线  3I 相 。
从三相电源的正极性端引出三根线，称为相线；将负极
性端的三根线连接为一点，称为电源中性点，用N表示。将
负载中性点与电源中性点连起来，这两点的连线称为中线。
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21.1.3 实训指导
1）打开工作界面，创建三相交流电路。
2）从基本元件库中选取电阻和电感元件并设定参数，
从仪表库中选取4踪示波器，从指示器件库中选用电压表和
电流表。
3）进行仿真实验，测量电路参数并观察电压波形。
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21.1.4 实训内容与步骤
1.星形负载电流、电压的测量
电路如图21-1所示。电路参数：交流电压＝380V/220V，
10Ω电阻和1H电感组成串联负载。
图21-1 三相四线制Y-Y仿真实验电路
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操作步骤
通过开关S4，既可以构成三相四线制系统，也可以构成
三相三线制系统。通过开关S1、S2、S3，可构成三相负载对
称和不对称连接。
1）负载对称时，在有中线和无中线两种情况下，测量
各线电压、相电压、中心点电压、线电流、相电流和中线
电流。
2）负载不对称时，在有中线和无中线两种情况下，测
量各线电压、相电压、中心点电压、线电流、相电流和中
线电流。
将以上数据填入表21-1中，并对测量结果进行分析。
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波形观察
在三相电路对称的情况下，用4踪示波器观察三相电
路电源电压的波形，如图21-2所示。
图10-2
三相电路电源电压的波形
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2.三角形负载电流、电压测量
电路如图21-3所示。电路参数同上。
图21-3 三相三线制Y-△仿真实验电路
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操作步骤
1）在负载对称情况下，测量各线电压、相电压、线电
流、相电流。
2）负载不对称情况下，测量各线电压、相电压、线电
流、相电流。
将以上数据填入表21-2中，并对测量结果进行分析。
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21.1.5
实验研究
1）独立设计一个三相四线制Y-Y电路并进行仿真实验。
2）独立设计一种三相三线制Y-△电路并进行仿真实验。
3）在三相四线制电路中，负载是对称Y形连接，当有一相
开路时会发生什么情况？
4）在三相三线制电路中，负载是对称△形连接，当有一相
开路时会发生什么情况？
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21.1.6
实训报告
主要内容：
1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和实验
仪表等。
2）实训内容与操作步骤。
3）参数测量与分析。
4）实验研究结果。
5）实训总结。
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• 21-1 实训项目完
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21.2
三相电路有功功率的测量
21.2.1 实训目的
1） 加深对三相电路有功功率的理解
2） 熟悉一瓦表法和三瓦表法测量功率方法。
3） 掌握三相电路功率测量仿真实验研究方法。
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21.2.2 实训原理
在三相电路中，有功功率的测量通常采用以下方法：
1）一瓦表法
用一块功率表测量三相对称负载或不对称负载总功率的
方法，称为一瓦表法。
2）三瓦表法
用三块单相功率表分别测出U、V、W各相的有功功率，
然后相加，即可得到三相电路负载消耗的总功率，这种方法
称为三瓦表法。
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21.2.3 实训指导
1）打开工作界面，创建有功功率测量仿真实验电路。
2）从基本元件库中选取电阻和电感元件并设定参数，
从仪表库中选取功率表。
3）进行功率测量与分析。
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21.2.4 实训内容与步骤
1.三瓦表法测量总功率
电路如图21-4所示。电路参数：三相电源＝220V/50HZ，
R1～R3＝10Ω，L1～L3＝1H。
图21-4 三瓦表法测量有功功率
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操作步骤
在图21-4所示电路中，电阻与电感组成串联负载，用
三瓦表法测量三相负载有功功率和功率因数，测量结果如
图21-5所示。
变动负载，如增加或是减少阻抗，然后再分别测出三
相功率，并将结果填入表21-3中。
图21-5 三瓦表法显示的有功功率
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2.一瓦表法测量总功率
电路如图21-6所示。电路参数同上。
图21-6 一瓦表法测量有功功率
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操作步骤
一瓦表法是用一块功率表逐相测量三相负载的功率，
然后相加求出总功率。
方法是：首先测出U相功率PU，再分别测出V相、W相
的功率PV和PW，三相功率相加，即为总功率P。
若三相负载对称，则只需测一相功率即可。三相功率
就等于该相功率的三倍，即 P=3PU=3PV=3PW。
将测量结果与三瓦表法比较。
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21.2.5
实验研究
1）独立设计一个一瓦表法测量Y-Y接法对称或不对称
负载总功率的仿真电路。
2）独立设计一个三瓦表法测量Y-Y接法对称或不对称
负载总功率的仿真电路。
3）改变负载参数，观察功率因数的变化。
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21.2.6
实训报告
主要内容：
1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和实验
仪表等。
2）实训内容与操作步骤。
3）参数测量与分析。
4）实验研究结果。
5）实训总结。
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21.3
三相电路相序的测定
21.3.1 实训目的
1） 加深对三相电路相序的理解
2） 掌握三相电路相序的测定方法。
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21.3.2 实训原理
测定三相电路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。一相接电容，另外二相分别接两
个相等的电阻（或两个相同的灯泡）。
将相序指示器接到对称三相电源上，即可进行相序测定。
如果认定连接电容的是A相，则灯光较亮的是B相（相电压较
高），灯光较暗的是C相（相电压较低）。
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21.3.3 实训指导
1）打开工作界面，创建相序测定仿真实验电路。
2）从电源库中选取三个交流电源，构成三相电路；
从基本元件库中选取电容器，从指示器件库中选取两个虚
拟灯泡。
3）进行仿真实验，测定三相电路相序。
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21.3.4 实训内容与步骤
电路如图21-7所示。电路参数：三相交流电源220V/50HZ，
虚拟灯泡312V/100W，电容器C＝5μF/500V。
图21-7 相序测定电路
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操作步骤
1）用两灯泡与一电容器组成一个相序指示器，接入
220V三相交流电源，观察两个灯泡的明、暗状态。如接电
容器的一相为A相，则灯光较亮的为B相，灯光较暗的为C
相，以此判断相序。
2）将电源线任意调换两相后，再接入相序指示器，重
复上述操作步骤，观察两个灯泡的亮暗，重新判断相序。
3）仿真过程中，灯泡一闪一闪地发亮，电压较高一相
的灯泡上下都有光线闪烁，电压较低一相的灯泡仅一边有
光线。如灯泡不发光，则表明灯泡已经烧坏，不能修复，
可从元件库里另取。
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21.3.5
实验研究
1）为什么测量相序必须要一相接入电容器？
2）在相序指示器中，为什么两个灯泡亮度不同？
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21.3.6
实训报告
主要内容：
1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和实验
仪表等。
2）实训内容与操作步骤。
3）相序测定与分析。
4）实验研究结果。
5）实训总结。
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