三相电路无功功率的测量

2007-08-31 18:22:29|  分类： 默认分类|举报|字号 订阅

         实验一 三相电路无功功率的测量

一、实验目的

  (1) 了解三相电路无功功率的测量方法.

  (2) 熟悉无功功率测量中瓦特表的接线方式.

二、原理与说明

    发电机及变压器等电气设备的额定容量为S=UI,单位为伏安。在功率因数较低时，即使设备已经满载，但输出的有功功率却很小（因为P=UIcosφ），不仅设备不能很好利用，而且增加了线路损失。因此提高功率因数是挖掘电力系统潜能的一项重要措施。电力工业中,在发电机、配电设备上进行无功功率的测量，可以进一步了解设备的运行情况，以便改进调度工作，降低线路损失和提高设备利用率。测量三相无功功率主要有如下方法。

1. 一表法

    在三相电源电压和负载都对称时，可用一只功率表按图11-1联接来测无功功率。

    将电流线圈串入任意一相，注意发电机端接向电源侧。电压线圈支路跨接到没接电流线圈的其余两相。根据功率表的原理，并对照图11-1，可知它的读数是与电压线圈两端的电压 、通过电流线圈的电流以及两者间的相位差角的余弦cosφ的乘积成正比例的，即PQ=UBCIAcosθ   (11-1) 其中θ =ψUBC –ψiA

      由于uBC与uA间的相位差等于90度(由电路理论知)，故有θ=90o-φ式中φ为对称三相负载每一相的功率因数角。在对称情况下UBC  IA 可用线电压U1及线电流I1表示，即 PQ=U1I1cos(90o-φ )=U1I1sinφ    (11-2)

    在对称三相电路中，三相负载总的无功功率 Q =√3 U1I1sinφ        (11-3)

    ∴ 亦即 Q=√3PQ (11-4)

    可知用上述方法测量三相无功功率时，将有功功率表的读数乘上√3/2 倍即可。

2. 二表法

  用两只功率表或二元三相功率表按图11-2联接，从功率表的作用原理可知，这时两个功率表的读数之和为

  PQ=PQ1=PQ2=2U1I1sinφ   (11-5)

  较式(11-3) (11-5) 知 (11-6)    Q=√3PQ/2

    从上式可见将两功率表读数之和（或二元三相功率表的读数）乘以√3/2，可得到三相负载的无功功率。

3. 三表法

    三表法可用于电源电压对称而负载不对称时，三相电路无功功率的测量，其接线如图11-3所示。当三相负载不对称时，三个线电流IA、IB、IC不相等，三个相的功率因数角φA 、φB 、φC 也不相同。

因此，三只功率表的读数P1、P2 、P3也各不相同，它们分别是:

  (1) P1=UBCIAcos(90o-φA)=√3UAIAsinφ A

  (2) P2=UCAIBcos(90o-φB)=√3UBIBsinφB    

  (3) P3=UABICcos(90o-φC)=√3UCICsinφ C

式中由于电源电压对称，所以有UBC=√3UA ,UCA= UB ,以及UAB=√3UC 。三只功率表读数之和为:

          P1+P2+P3=√3(UAIAsinφ A + UBIBsinφB + UCICsinφC)     （11-8）

          因此有 Q=1/√3(P1+P2+P3)                              (11-9)

这就是说三相电路的无功功率等于三只功率表读数和的 。

三表法适用于电源电压对称、负载对称或不对称的三相三线制和三相四线制电路中。

4、用测量有功功率的两表法测三相无功功率

在电源和负载都对称的三相三线电路中，还可以利用测量有功功率的两表法，测出三相无功功率。

测量电路如图11-4所示，由于三相电路完全对称，所以两表的读数P1和P2分别为 :

(1)  P1=U1I1cos(30o-φ)        (2)   P2=U1I1cos(30o+φ)            (11-10)

两表读数之差为: P1-P2=U1I1cos(30o-φ)-U1I1cos(30o+φ)=U1I1sinψ=1/√3Q       (11-11)

∴Q=√3(P1-P2)       (11-12)

即三相无功功率为两表读数之差的√3倍.

三、实验设备

  (1) 瓦特表三只

  (2) 三相电容负载(400V)

  (3) 三相交流可调电源

  (4) 滑线变阻器

四 实验内容

1、分别用一表法. 二表法测量三相对称星形负载的无功功率

    将电阻(100Ω)与电容(20μF)串联后接成三相对称星形负载如图11-5所示,并分别按图11-1,11-2联接电路,将三相电源调至相电压220V,将测量数据记入表一.比较其结果.

2、用三表法测量三相不对称星形负载的无功功率

将电容负载接成三相不对称星形,并按图11-3联接电路,将三相电源调至线电压220V,将测量数据记入表11-1.

  表11-1             三相电路无功功率的测量数据表

   测试电路电压较高,接线务必可靠,防止线头脱落造成意外.接拆线时必须先切断电源.

六、预习思考题

  (1) 复习有关电路理论知识,弄清一表法． 二表法.三表法测量三相负载无功功率的原理及所测各电压电流间的相位关系.

  (2) 在三相有功功率和三相无功功率的测量中,功率表的接线有何区别?

七、实验报告要求

  (1) 所测数据填入表11-1,并比较一表法, 二表法测量的结果.

  (2) 回答预习思考题.