4.9 三相交流电路电压、电流和相序的测量
4.9.1 实验目的
1. 识别三相负载星形连接、三角形连接的方法以及线电压、相电压、线电流、相电流、中线电压、中线电流的表示关系。
2. 验证上述两种连接方式线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。 3. 用实验的方法研究三相四线制电路中的中线作用。 4. 掌握三相交流电路相序判定的测量方法。
4.9.2 实验预习要求
1. 预习三相交流电路的基本原理。 2. 熟悉实验步骤。
3. 掌握相序测量的计算方法。
4.9.3 基本原理
1. 三相交流电的输出：
如图4.9-1所示，三相交流发电机发出按正幅值（或相应零值）A→B →C顺序输出电压，其幅值相等、频率相同、彼此相位差也相等。电动势及端电压表示如下：
2. 电压相量图：
线电压与相电压之间的关系如图4.9-2所示。
eA?Emsin?teB?Emsin(?t?120?)eC?Emsin(?t?240?)?Emsin(?t?120?)UA?UB?UC??2Usin?t2Usin(?t?120?)2Usin(?t?240?)图4.9-1
2Usin(?t?120?)UAB?UA?UB?3UA?30?UBC?UB?UC?3UB?30?UCA?UC?UA?3UC?30?图4.9-2
3. 负载连接方式
（1）星形连接（Y连接—三相三线制及Y0—三相四线制）（如图4.9-3所示）
（2）三角形接法（?接法—三相三线制），（如图4.9-4所示）。 （3）线电压、相电压、线电流、相电流等表示法。(如表4.9-1所示)。
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图4.9-3 接法 线电压UL 相电压Up 表4.9-1 线电流IL 图4.9-4 相电流IP 中线电压 中线电流 Y0 Y? UCA UAB、UBC、UA、UB、UC IA、IB、IC IA、IB、IC UN0 I0 UCA UA0、UB0、UC0 IA、IB、IC IA、IB、IC UN0 UAB、UBC、UCA UA0、UB0、UC0 IA、IB、IC IAB、IBC、ICA UAB、UBC、 4. 星形接法时的中线作用。
(1) 位形图：是电压相量图中的一种特殊形式。其特点是位形图上的点与电路图上的点一一对应，即直观的表示出各相量（模及角度）之间的相互关系。在三相负载对称时，位形图中负载中性点O’与电源中性点O重合（如图4.9-5）；负载不对称时虽然线电压仍对称，但负载的相电压不再对称，负载中性点O’发生位移（如图4.9-6）。
图4.9-5 图4.9-6
(2) 中性线的作用：在三相三线制中，星形三相负载在一般情况下很难达到对称，这就导致负载中性点的位移，使得三相负载电压的不对称，有时十分严重。这会引起负载不能正常工作，甚至烧毁。当接上中线以后，使得不对称的三相负载就工作在对称的三相电路中，而解决了上述问题。为防止中线开路，中线上不允许接保险丝或开关。
5. 当三相电源输出平衡、忽略线路的损耗情况下，负载电压及电流的关系如下表所示。
表4.9-2
Z平衡 Y0 Z不平衡 Z平衡 YUL? Z不平衡 Z平衡 ? Z不平衡 UL与UP UL? 0 3UPUL?3UP 3UP 0 UL?3UP ≠0 UL?UP UL?UP UN0 0 IL与IP IL=IP 0 IL=IP ≠0 IL=IP IL=IP IL?3IP IL?3IP I0 6. 相序的判定:
三相交流发电机发出三相交流电，通过线 路传输，以A相线（黄色）、B相线（绿色）、 C相线（红色）连接到用户的负载上。在线路 的传输连接过程中，A、B、C三相必须唯一 确定。但对于用户的一般三相负载来说，任意 一条火线都可定为A相，另外两条火线则根 据它们相角滞后的对应关系确定为B相和C相。
图4.9-7 判定方法：按图4.9-7接线，其中C=1μF（Xc=3.185k?）、PB=PC=15W(R=3.227k?)、
线电压220V。如果电容器所接的定为A相，则灯光较亮的是B相，较暗的是C相。证明：
(1) 纯阻负载不对称
在Y连接负载是纯电阻但不对称时，由节点电压法得到负载中心点电压：
&U?Z&??U?oo1?Z&&U&UUAB??CZAZBZC?0111??ZAZBZC当负载中心点电位不等于零时，各负载上的电压就不等于额定电压，由于负载电压的不对称就不能正常工作。当接上中线以后，使得不对称的三相负载就工作在对称的三相电路中，从而解决了上述问题。
(2) 负载阻抗绝对值相等而并非纯电阻 由节点电压法得到负载中心点电压：
0 在Y连接负载阻抗绝对值相等而并非纯电阻时（设XC=RB=RC， & A ? P ? U A ? U P ）， UU0 即&1?U&(?1?j3)(1)?U&(?1?j3)(1)Uppp?jR22R22R&UN???U（p?0.2?j0.6)111???jRRR&??U&?U&??U(?1?j3)?U（?0.2?j0.6)?U(?0.3?j1.466)UBBNppp22即UB??1.49Up&??U&?U&??U(?1?j3)?U（?0.2?j0.6)?U(?0.3?j0.266)UCCNppp22
即UC??0.4Up
由于UB??UC?，故B相灯较C相灯亮。
7. 三相四线接地制（三相五线制）
三相四线制是从电路原理分析及计算的角度出发来讨论的，人们有时把零线称为地线 只是为了从参考电位或是公共点的角度来讨论的。
在实际线路的设计和施工中，除三相四线以外还从保护的目的出发增加了一条地线（也称保护零线），用来连接电气设备的外壳，以防止电气设备绝缘不好而出现漏电现象而产生的触电或火灾事故发生，这是设计、施工规范要求所必须的。所以在实际工作当中，不能把
零线与地线混淆（地线可以某种形式与零线归一。对于特殊情况下，地线需要与否以及如何与零线归一的方式则不属此范畴）。
4.9.4 实验任务
1. 三相负载星形连接
按图4.9-8电路接线，即把三相负载插到三相自耦变压器的输出端，当让调压器的调压旋转手柄逆时针旋到底，即输出电压为零状态。经老师检查接线合格后，方可接通负载电源。顺时针调手柄升压（同时通过电压表监测），使电源输出线电压上升至220V，再按照表4.9-3的要求进行相应的测试。
表4.9-3
测量数据实验内容(负载情况) A相 3 1 1 3 1 1 1 开灯盏数 B相 3 2 3 2 C相 3 3 3 3 3 3 3 线电流(A) 线电压(V) AB图4.9-8
相电压(V) 中线电中点电流I0 压UN0 IAIBICU UBCUCAUA0UB0UC0 Y0接法 负载平衡 负载不衡 B相断开 负载平衡 负载不衡 B相断开 B相短路 Y接法 2. 三相负载三角形接法
按图4.9-9电路接线。经老师检查接线合格后，方可接通电源，调整自耦变压器使其输出线电压为220V。再按表4.9-4的要求进行相应测试，测试结果填入到表中。
图4.9-9