电工电子技术实验指导书(第二版

电工电子技术实验指导书(第二版内容摘要：

流器相串联同电源构成一个回路。 由于镇流器的感抗很大，在其上 17 降落一个较大的电压，起到限制和稳定日光灯工作电流的作用。 正常工作时，灯管两端的电压较低， 40W 灯管约为 110V， 15W 灯管约为 50V。 三、日光灯电路 图 34 是日光灯电路的 接线原理图。 图 (a)是两个接线端的镇流器，用于 20W以上的日光灯，图 (b)是四个接线端的镇流器，用于 20W 以下的日光灯。 采用双线圈（即四个接线端）镇流器的目的是为了改善小功率日光灯的起动性能。 在日光灯起动时，电源电压全部加压镇流器上，要产生足够大的起动电流（约为正常工作电流的 ～ 2 倍）才能形成较高的感应电压。 但是小功率日光灯本身的工作电压很低（约 50～ 60V），使镇流器在起动及工作时间的端电压差别较小，仅在电源电压为额定值时起动，起动电流才能满足要求。 如果电源电压降低，将因起动电流过小难以起动，所以在 镇流器铁芯上加绕一组去磁线圈与启动器串联，起动时起动电流通过去磁线圈产生的磁场抵消了一部分工作线圈的磁场，从而减小了镇流器的电感，使启动电流增大；在工作时因启动器断开，在去磁线圈中没有电流通过，对日光灯的正常工作没有影响。 这样即使在电源电压降低时，也能保证日光灯顺利起动。 如果把去磁线圈两端接反，则起动电流反而减小而不能起动。 18 实验四 三相交流电路 一、实验目的 1．学习三相负载做星形和三角形连接的方法，验证这两种接法下线、相电压，线、相电流之间的关系。 2．研究三相四线制中线的作用。 二、实验原理 1．三相电路中电压和电流的测量 UVWNV38 0V38 01S2SAFUBFUCFUBTATCTrTABUABCBCUCAU++++ + NCUCZBZAZA 组灯B 组灯C 组灯NAU+ N oICIBIAI~~NBU 图 41 星形接法三相电路 三相电路中的电源和负载均有星形连接和三角形连接两种连接方式。 当负载作星形连接时，三相电路有三相三线制和三相四线制供电形式；当负载作三角形连接时，只有三相三线制一种供电形式。 三相电路中的电源和负载均有对称和不对称两种情况。 本实验只研究三相电源对称且为星形连接，三相负载作星形连接和三角形连接时的情况。 本实验中的三相电源是由三相市电（线电压 380V）通过三相调压器 rT 提供的。 三相调压器 rT 是由三台相同的单相调压器 AT 、 BT 、 CT 在星形连接方式下组成的，每个单相调压器的调节电压的滑块都固定在同一根转轴上，旋转手柄即改变滑块位置时，能同时调节其副边的三相输出电压，并保证三相电压的对称，相 19 电压的调节范围是 0250V（对应的线电压为 0450V）三相调压器的连线端较多，接线时务必核对清楚，不可弄错。 三个输入 端连向外供三相电源，三个输出端连向负载，调压器的中性点与外供电源的中线相接。 在合上和断开三相电源前，调压器的手柄位置需回零。 1）三相负载星形连接 在三相电路中，当负载做星形连接时（如图 41），不论是三线制还是四线制，相电流恒等于线电流即 LP II 。 线电压与相电之间的关系为： NBNAAB UUU    ， NCNBBC UUU    ， NANCCA UUU    ①负载星形连接的三相三线制电路 在图 41 电路中，当开关 2S 断开时，即为负载星形连接的三相三线制电路，当负载对称即 CBA ZZZ  时，星形负载的相电流、相电压、线电压均对称，相、线电压的相量图如图 42(a)所示。 此时线电压的有效值 LU 是相电压有效值 PU 的3 ，即 PL UU 3 ，电源的中性点 N 和负载的中性点 N 为等位点，即 0NNU。 ABCCAUABUANU  NAU CNUNCU BNUNBU BCUABCCAUABUNAU NCU NBU BCUNNN N 图 42 负载星形连接的三相三线制电路、相、线电压相量图 (a)负载对称 (b)负载不对称 当负载不对称时，负载的线电压仍对称，但负载相电流、相电压不再对称，图 42(b)是这种情况下的负载的相、线电压的相量图，可看出负载线、相电压之间 3 倍的关系不复存在，两中性点 N 和 N 不为等位点，即 0NNU ，称中性点发生位移。 ②负载星形连接的三相四线制电路 在图 41 电路中，当开关 2S 闭合时，电路的两个中性点 N 和 N 之间连接一 20 根导线（称为中性线）则成为三相四线制电路，中线电流等于三个线电流的相量和，即 CBAO IIII  。 不论 负载是否对称，均有 PL II  ， PL UU 3。 当负载对称时，电路的情况和对称的三相三线制相同，即相电压、线电压、相电流均对称，且中线电流 0OI。 当负载不对称时，线电压仍对称，在中性线阻抗足够小时，各相负载电压也仍对称，但相（线）电流不对称，且中线电流不为零，即 0 CBAO IIII 。 中性线的作用就是使星形连接的不对称负载的相电压对称。 UVWV380V3801SAFUBFUCFUBTATCTAIABU ABCBCU + BICI++ABIBCICAICZBZAZA 组灯B 组灯C 组灯CAU ~~ 图 43 三角形接法三相电路 ③某一相负载短路与开路情况 在图 41 电路中，如果 A 相负载短路，即 0AZ 时，当电路为三线制接法（ 2S断开）时， A 相成了中性点 N ，则负载的各相电压为： 0AU ， BAB UU   ，CAC UU   ，即 B 、 C 相负载电压为电源的线电压，将使这两相灯组所加电压超灯的额定电压，而被烧坏；当电路为四线制法（ 2S 闭合）时， A 相短路电流很大，将烧断熔断器 FUA 、 B 、 C 相不受影响。 因此对于星形接法三相电路，无论是 三线制或是四线制都不允许出现相负载短路情况。 如果 A 相负载开路，即 AZ ，当电路为三线制接法时， B 、 C 相负载 BZ 、CZ 相串联接在电源的线电压 BCU 上，两相电流相同。 两相负载上的电压，决定于两灯组电阻的比值，如果 B 组灯电阻大于 C 组，则 B 相电压有可能高于灯的额定电压而被烧坏。 因此星形接法三相三线制不对称负载电路，不允许出现某相负 21 载开路情况；当电路为四线制接法时， B 、 C 相不受影响。 AIBICICAIABIBCIA30AAIBICICAIBCIABI （ a）负载对称 （ b）负载不对称 图 44 负载三角形连接三相 电路相、线电流相量图 2）三相负载三角形连接 在三相电路中，当负载作三角形连接时（如图 43），由于各相负载都直接接在电源的线电压上，故负载的相电压等于电源的线电压，不论负载对称与否，各相负载的相电压总是对称的，即 LPCABCAB UUUUU  |||||| 。 负载线电流与相电流之间的关系为： ACABA III   ， ABBCB III   ， BCACC III  。 当负载对称时，负载的相、线电流对称，它们的相量图如图 43(a)所示，线电流的有 效值 LI 是相电流有效值 PI 的 3 倍，即 PL II 3。 线电流滞后相电流30176。 当负载不对称时，相、线电流不再对称，它们有效值之间也不存在 3 倍的关系。 例如在本实验中，各相负载均为灯组、即电阻性负载。 在 CBA 、 灯组并联灯泡分别 3 的情况下，设 AB 相负载阻值为 R ，即 RR AB ，则 2/RR BC ，3/RRAB ，如果 AB 相负载电流有效值 IIAB ，则 CABC、 相电流有效值分别为 IIBC 2 、 IICA 3。 各相电流之间的相位关系与它们的相（线）电压之间的相位关系相同，如图 44(b)所 示。 根据此图可以求出各线电流的有效值和线电流滞后相电流的相角  ，如  120c o s222 CAABCAABA IIIII ，ABACAABAA II III 2c o s 2221  。 22 三、实验任务、步骤与方法 1．三相负载星形连接（三相四线制供电）电压、电流测量 按图 41 连接实验线路，将三相调压器的旋柄置于输出为零伏的位置（即逆时针旋到底），经检查线路连接正确后，方可开启实验台电源，调节调压器，使其输出的线电压为 220V，断电待用。 1）有中线，对称负载，连接中线 N ，各相分别接入两 个 15W 灯泡相并联的负载，分别测量各相负载的线电压、相电压、线电流和中线电流，记入表 41中。 2）无中线，对称负载，各相负载不变，重复测量并记录各相负载的线电压、相电压、线电流、电源与负载中性点 N 间的电压，观察中线对星形连接对称负载是否有影响。 3）有中线，不对称负载。 CBA 、 相接入的 15W 灯泡并联数分别为 0、 2 个，重复测量并记录 1）中各量。 4）无中线，不对称负载 ，各相负载同 3），重 复测量 2）中各量、观察各相灯的明暗变化程度，以此了解中线的作用。 表 41 星形连接三相电路实验数据 负 载 开灯盏数 中线 线 电 压 相 电 压 中性点电压 )(VUNN 线 电 流 中线 电流 )(AIO A 相 B 相 C 相 )(VUAB )(VUBC )(VUCA )(VUNA )(VUNB )(VUNC )(AIA )(AIB )(AIC 对称 2 2 2 有 / 2 2 2 无 / 不对称 0 1 2 有 / 0 1 2 无 / 5）无中线、不对称负载特例，在 4）的基础上，使 C 相开路，观察 BA、 两相灯亮度的变化。 2．三相负载三角形连接（三相三线制供电）电压电流测量 先将调压器置 OV 后断电， 按图 43 改接线路，经检查连接线路正确后，通电，将调压器输出的线电压调至 130V，断电待用。 1）对称负载，在 AB、 BC、 CA 相分别接入 2 个 15W 相并联的灯泡，分别测量各相负载的线电压、线电流、相电流记入表 42 中。 2）不对称负载，在 AB、 BC、 CA 相接入的相并联的 15W 灯泡个数分别为 0、 2，重复测量并记录以上各量，观察灯的亮度与 1）是否相同。 23 表 42 三角形连接三相电路实验数据 负载 开灯盏数 线（相）电压（ V） 线电流 (A) 相电流 （ A） AB 相 BC 相 CA 相 ABU BCU CAU AI BI CI ABI BCI CAI 对称 2 2 2 不对称 0 1 2 四、实验注意事项 1．本实验采用三相交流市电、线电压为 380V，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。 2．每次接线完毕，必须认真检查，确认正确之后方能接通电源。 必须严格遵守先断电，再接线、改线、拨动开关，后通电；先断电，后拆线的实验操作原则。 3．仪表接入电路之前需设置好量程，功率表的★端要接在电源侧。 4．负载由星形连接改为三角形连接时，必须将中线拆除，不能把相 与相的始端接在一起，否则将造成短路。 5．每项实验内容完毕之后，均需将三相调压器旋柄调回零位后断电。 五 、预习要求 1．复习三相电路有关知识，三相负载功率的测量方法，阅读本实验各项内容，画出实验线路图和实验数据表格。 2．本实验使用的三相灯组负载，是由 220V、 15W 白炽灯 6 盏构成，电源线电压为 220V，三相三线制，将灯组接成星形（如图 41）和三角形（如图 43），分别计算这两种接法对称负载情况（即每相接入 2 个并联灯泡）的线电压 LU 、相电压 PU 线电流 LI 、相电流 PI ，根据计算值预选电压表、电流表的量程。 3．三相星形连接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况。 如果接上中线，情况又如何。 4．说明三相四线制电路中线的作用，为什么中线上不允许装。