三相交流电实验

电能是现代化生产、管理及生活的主要能源，电能的生产、传输、分配和使用等许多环节构成一个完整的系统，这个系统叫做电力系统。电力系统目前普遍采用三相交流电源供电，由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。三相电源的特点是输出端有三个，三个输出端输出频率相同而相位不同的电压。组成三相电路的各个单相部分称为相。

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三相交流电的基本概念

1、三相交流电的特点

（1）三相交流发电机比功率相同的单相交流发电机体积小、重量轻、成本低；

（2）电能输送，当输送功率相等、电压相同、输电距离一样，线路损耗也相同时，用三相制输电比单相制输电可大大节省输电线有色金属的消耗量，即输电成本较低，三相输电的用铜量仅为单相输电用铜量的；

（3）目前获得广泛应用的三相异步电动机，是以三相交流电作为电源，它与单相电动机或其它电动机相比，具有结构简单、价格低廉、性能良好和使用维护方便等优点。

2、三相交流电的产生

三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。三相交流电动势由三相交流发电机产生，它是在单相交流发电机的基础上发展而来的，如图4.5.1所示，在发电机定子（固定不动的部分）上嵌放了三相结构完全相同的线圈U1U2、V1V2、W1W2（通称绕组），这三相绕组在空间位置上各相差120°电角度，分别称为U相、V相和W相。U1、V1、W1三端称为首端，U2、V2、W2则称为末端。工厂或企业配电站或厂房内的三相电源线（用裸铜排时）一般用黄、绿、红分别代表U、V、W三相。

图1 三相发电机原理图

磁极放在转子上，一般均由直流电通过励磁绕组产生一个很强的恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割转子磁场而感应出三相交流电动势。由于三相绕组在空间各相差120°电角度，因此三相绕组中感应出的三个交流电动势在时间上也相差三分之一周期（也就是120°角）。这三个电动势的三角函数表达式为

3、三相交流电

（1）相线与中线

发电机三相绕组的接法如图所示。将三个绕组的末端联在一起，这个连接点称为中性点或零点，用N表示。这种连接方法称为Y形连接，如图2所示。

图2 三相电源Y形连接

① 相线（火线或端线）：从三相绕组的始端A、B、C引出的三根导线。

② 中线（中性线或零线）：从中性点引出的导线。

（2）相电压与线电压

① 相电压：相线与中线之间的电压。

② 线电压：相线与相线之间的电压。

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测试工作任务书

（1）测试相线与中线之间的电压，即相电压，将测试数据填入表4.5.1中。

表1 相电压测量结果

表2 线电压测试结果

表3 线电压与相电压之间的数量关系计算

（1）三相电源的相序是                      。

（2）在如图3 中，三相正弦交流电压的相量图是          （a/b）。

（a）                      (b)

图3 相量图

（3）三相交流电流的波形图如图4所示，写出电流表达式：

iA=              　　　 

iB=              　      

iC=                     。

图4三相交流电流波形图

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三相电源的Y形联接

1、三相电源电压的表示方法

（1）三角函数表示方法

三角函数表达式  uA=Emsinωt 

uB=Emsin(ωt120°)

uC=Emsin(ωt+120°)

三角函数波形图如图5 所示。

图5   三相电压波形图

（2）相量表示方法

相量表达式

相量图如图6所示。

2、相电压与线电压之间的关系

线电压与相电压的相量图如图7所示。

图6三相电压相量图        图7三相电源Y形连接时线电压与相电压相量图

（1）数量关系： 

（2）相位关系：线电压在相位上超前与之相对应的相电压30°。

3、三相三线制

三相电源的三相三线制如图8所示。在一般情况下，三相三线制只适用于三相对称负载电路。

图8  三相电源的三相三线制

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测试工作任务书

（1）三相平衡负载电路的测试

①按如图9所示电路，进行电路安装。每相负载为交流照明灯泡（12V/20W），交流电源的相电压为12V，频率为50Hz；

②测试每相的相电压及线电压，将测试数据填入表4中。

③测试每相的相电流及线电流，将测试数据填入表4中。

④测试中线电流，将测试数据填入表4中。

表4测量结果

表5计算结果

①　按如图所示电路，进行电路安装。三相负载为电阻性负载，其中A相为一个灯泡（12V/20W）、B相为二个灯泡串联、C相为三个灯泡串联，交流电源的相电压为12V，频率为50Hz；

②测试每相的相电压及线电压，将测试数据填入表6中。

③测试每相的相电流及线电流，将测试数据填入表6中。

④测试中线电流，将测试数据填入表6中。

表6测量结果

表7计算结果

（1）三相对称负载作Y形连接时，在数值上，线电压=      相电压，在相位上，线电压         （超前/滞后）于与之相对应相电压30°。

（2）三相对称负载作Δ形连接时，在数值上，线电流=      相电流，在相位上，线电流         （超前/滞后/等于）于与之相对应的相电流。

（3）中线的作用是　　　　　　　　　；中线上       （允许/不允许）串联熔断器。