浙江开放大学电工电子技术课程虚拟仿真实验报告实验二 三相交流电路电流、电压的测量

实验二 三相交流电路电流、电压的测量

一、实验目的

1. 熟练掌握三相负载的正确接线方式；
2. 熟练掌握三相电路中线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；
3. 掌握三相电路三线制及四线制的特点。

二、实验仪器

1. 三相电压源（星形）
2. Ground
3. 普通电阻
4. 普通电感
5. 交流电压表
6. 交流电流表
7. 四通道示波器

三、实验原理

1. 对称三相电压源

对称三相电压源是由3个等幅值、同频率、初相位依次相差120^o的正弦电压源连接成星形（Y）或三角形（∆）组成的电源，其相关知识总结如表1所示。

表1 对称三相电源相关知识

表达式	瞬时表达式
	相量表示
	特点
波形	瞬时波形
	相量图
接线方式	星形（Y）
	带中线星形（Y0）
	三角形（∆）
线电压与相电压关系	星形（Y）	说明：此时对外电路只提供线电压，并且线电压有效值等于相电压有效值的倍，线电压相位超前相电压30o。相电压与线电压的相量图如下图所示：
	带中线星形（Y0）	说明：此时对外电路可提供线电压及相电压，线电压有效值为相电压有效值的倍，线电压相位超前相电压30o。相电压与线电压的相量图如下图所示：
	三角形（∆）	说明：此时对外电路只提供线电压，且线电压等于三相电源相电压。

1. 三相负载

接在每一相电源上的负载叫做单相负载，三个单相负载分别接到三相电源上，则这三个单相负载就构成了三相电源的三相负载。如果这三个单相负载相等则称为对称三相负载，若不相等，则称为非对称三相负载。三相负载有三种连接方式，即星形（Y）连接、带中线星形（Y₀）连接及三角形（∆）连接，如图1所示。值得注意的是，非对称三相负载不能连接成星形（Y）。

（a）星形（Y） （b）带中线星形（Y₀） （c）三角形（∆）

图1 三相负载接线方式

三相负载接线方式不同，则对应的线电流和相电流也会不同。当三相电源和三相负载均对称时，负载线电流等于相电流；无论负载是否对称，当负载为带中线星形（Y₀）连接时，负载线电流等于相电流；当负载接线方式为三角形时，且三相电源与三相负载均对称时，线电流的有效值等于相电流的倍，且线电流相位滞后相电流相位30^o。

1. 三相交流电路

三相交流电路主要是由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。对称三相电源是由3个同频率、等幅值、初相位依次滞后120^o的正弦电压源连接成星形（Y）或三角形（∆）组成的电源。3个阻抗连接成星形（或三角形）就构成了星形（或三角形）负载。3个阻抗相等时则构成了对称三相负载。将三相电源与三相负载连接可形成三相四线制或三相三线制的三相交流电路。当三相电源与三相负载的连接方式均为带中线的星形（Y₀）时，将三相电源的中点N与负载的中点N^‘用一条具有阻抗的中线连接起来，此时连接方式称为三相四线制（图2），其余情况均为三相三线制。

图2 三相四线制电路

四、实验内容

实验任务：研究三相四线制三相电路在星形对称负载及星形不对称负载下的电路特点。

按照图3连接电路。设置三相电压源（星形）相电压有效值为220V，频率为50Hz，延迟时间为0；设置R_a=R_b=R_c=50Ω，L_a=L_b=L_c=500mH；

图3 三相四线制电路

（1）运行实验，记录各交流电压表及交流电流表的值，并通过四通道示波器观察三相电压源各相电压u_A、u_B、u_C及线电压u_AB的波形，通过示波器面板显示信息观察波形相关数据；

（2）改变A相的负载阻值为5Ω，电感值为50mH，再次运行实验，记录交流电压表及交流电流表的值；

（3）将仿真测量值与理论计算值相比较，阐明计算过程，总结三相四线制星形负载三相电路的特点。

表1 仿真测量数据

单位：电压（V）、电流（A）

测量项目	对称负载			不对称负载			uA、uB、uC、uAB 波形及数据
	测量值	理论值	误差	测量值	理论值	误差
Uab
Ubc
Uca
Ia
Ib
Ic
In
Ua
Ub
Uc
Unn’

五、实验报告

1. 描述三相电源的基本特点，说明线电压与相电压的关系，阐明中线的作用；
2. 补充完整表1，比较三相四线制星形负载对称及不对称情况下，三相电路中电压及电流的区别，完成实验报告。

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