实验十二 三相功率的测量.doc

实验十三 三相电路功率的测量
一、实验目的
 1. 掌握用一瓦特表法、 二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法。
 2. 进一步熟练掌握瓦特表的接线和使用方法。
二、原理说明
 1. 三相有功功率的测量
 根据负载的联接方式的不同，三相电路有功功率可以采用一表法、两表法和三表法来测量。
⑴三瓦特表法
 对于三相四线制供电的星接三相负载（即Yo接法），可用三只瓦特表分别测量各相负载的有功功率PA、PB、PC，三相功率之和（ΣP＝PA＋PB＋PC）即为三相负载的总有功功率值。实验线路如图13-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3 即得三相总的有功功率。
 三只瓦特表的接法分别为(iA、UA)(iB、UB)和(iC、UC)，其联接特点为：每一表的电流线圈串接在每一相负载中，其极性端(*I)接在靠近电源侧；而电压线圈的极性端(*U)各自接在电流线圈的极性端(*I)上，电压线圈的非极性端均接到中性线NO上。
根据上述特点，可以采用一只瓦特表和三个电流插孔来代替三块瓦特表使用。

⑵二瓦特表法
 对于三相三线制（Y接或△接）负载，不论其是否对称，都可按图13-2所示的电路采用两只瓦特表测量三相负载的总有功功率。
 可以证明，三相电路总有功功率P是两只瓦特表读数P1和P2的代数和。图13-2中两表测量的是：A相电流与A、C相的电压(IA，UAC)；B相电流与B、C相的电压(IB，UBC)。
P1 =UACIAcosΦ1 P2 =UBCIB cosΦ2
 其中Φ1、Φ2为相应的相电流对相应的线电压的相位差。
 由图13-3所示相量图可知：
 Φ1=30°－Φ，Φ2=30°＋Φ(Φ为相电流对相电压的相位差)
 设负载是对称的 UAC=UBC=Ul， IA =IB =Il
 则两表之和 P1+P2 =UlIlcosΦ即为三相负载的总有功功率。
 （同学可以归纳出另外两种接法并画出线路图）。

若负载为感性或容性，且当相位差φ＞60°时，线路中的一只瓦特表指针将反偏(对于数字式功率表将出现负读数), 这时应将瓦特表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。
 2. 三相无功功率的测量
 对于三相三线制对称负载，可用一只瓦特表测得三相负载的总无功功率Q，测试原理线路如图13-4所示。

图中测量的是A相电流与B、C相的电压，IA 对UBC的相位差
θ=90°—Φ(容性负载为90°＋Φ)
 瓦特表的读数 P′=UBCIA cos(90°±Φ)=±Ul Il sinΦ　　　　
 由无功功率的定义 Q=Ul Il sinΦ　
 可知： Ｑ＝P′
 即对称三相负载总的无功功率为图示瓦特表读数的倍。
 除了上图给出的一种连接法（IA、UBC）外，还可以有另外两种连接法，即接成（IB、UCA）或（IC、UAB）。

三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备 注
1
交流电压表

2
RTT03-1
2
交流电流表

2
RTT03-1
3
单相功率表

2
RTT04
4
万用表

1
另备
5
三相自耦调压器

1
RTDG-1
6
三相灯组负载
220V/40W白炽灯
9
RTDG07
7
三相电容负载
1、2.2、4.7µF/400V
各3
RTDG07

四、实验内容
 1. 用一表法测Yo接三相负载的有功功率
 按图13-1线路接线, 线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不要超过瓦特表电压线圈和电流线圈的量程。
 经指导教师检查后，接通三相电源， 调节调压器输出， 使输出线电压为220V，按表13-1的要求进行测量及计算。
表13-1 测定三相四线Yo接负载的有功功率
负 载 情 况
开 灯 盏 数
测 量 数 据
计算值
A相
B相
C相
PA（W）
PB（W）
PC（W）
ΣP（W）
Yo接对称负载
3
3
3

Yo不接对称负载
1
2
3

2. 用两表法测三相负载的有功功率
 (1) 按图13-2接线，将三相灯组负载接成Y形接法
 经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出线电压为220V，按表13-2的内容进行测量。
 (2) 将三相灯组负载改按成△形接法，重复(1)的测量步骤， 数据记入表13-2中。

表13-2 两表法测三相负载的有功功率
负 载 情 况
开灯盏数
测量数据
计算值
A相
B相
C相
PA（W）
PB（W）
PC（W）
ΣP（W）
Y接平衡负载
3
3
3

Y接不平衡负载
1
2
3

Δ接不平衡负载
1
2
3

Δ接平衡负载
3
3
3

3. 用一瓦特表法测定三相对称负载的无功功率
 按图13-4 所示的电路接线，每相负载由白炽灯和电容器并联而成，并由开关控制其接入。检查接线无误后，接通三相电源，将调压器的输出线电压调到 220V， 读取三表的读数，并计算无功功率ΣQ，记入表13-3。

表13-3 无功功率的测量
负载情况
测量值
计算值
A相
B相
C相
PA（W）
PB（W）
PC（W）
ΣQ=Q
40W×3
40W×3
40W×3

4.7μF
4.7μF
4.7μF

R//C
R//C
R//C

五、实验注意事项
 1. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位。
 2. 每次改变接线，均需断开三相电源，以确保人身安全。
六、预习思考题
 1. 复习两瓦特表法测量三相电路有功功率的原理，画出瓦特表另外两种联接方法的电路图。
 2. 复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理，画出瓦特表另外两种联接方法的电路图。
七、实验报告
 1. 完成数据表格中的各项测量和计算任务，比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果。
 2. 总结、分析三相电路有功功率和无功功率的测量原理及电路特点。