三相交流电与功率因素电磁学系列 13浙江大学物理实验中心正弦交流电在工农业生产、科研和日常生活中与我们息息相关，其性质与直流电有很大的不同。其电流、电压除了有幅值（一般以有效值表示）的关系外还存在着相位关系。一、实 验 目 的1、学习测量交流功率及功率因数的方法。 2、学习使用各种交流电表。3、学习三相电源，掌握星形，三角形的供电方式 。二、实 验 原 理1、功率因素 图1是一个电阻R与电感L串联再与电容C并联的交流电路，各分段电压和总电压的关系，或并联支路的分电流和总电流的关系，都不能用代数和来处理，而必须用矢量和来处理，有如下关系式：(1)(2)II1I2RLC图 1UI1图 2如果用I1 作为相位的参考方向，图2是它们之间的相位矢量图，由图可见I1与 同相。而纯电感L上电压 比I1 超前 ，合成的 是总电压的幅值，是I1 落后 的相位角 。在直流电路中，电路的功率等于电流与电压的乘积，而对于交流电路，计算其平均功率时还要考虑电压与电流间的相位差即： COS为电路的功率因数。很大程度上它取决于负载的性质，若负载是纯电阻性质，如白炽灯 、电炉等，由于电压与电流同相，则COS=1。但在大多数电路中，常常使用交流异步电动机、电焊机以及日光灯等，都是电感性负载。这时COS1，电流滞后于电压角。它意味着电源除了向负载提供平均功率而转换为其他形式的能量（热能、机械能等）外，还有一部分无功功率要不断往返于电源与负载之间。为尽量减少电路中的无功功率，我们必须要适当提高电路功率因数 。 2、提高功率因数常用的方法：提高功率因数，常用的方法就是在靠近感性负载端并联电容器，其电路图如图1所示，由相量图3 可知原感性负载电流滞后于电压1，当并联电容以后，只要电容的大小选择得当，就可以使并联电容以后的总电流小于原来电感中的电流，使21，使功率因数得到提高。 12图 3三、实 验 仪 器 装 置日光灯管整流器电容启辉器开关电压表功率表电流表三相交流电1、实验电路配电板2、 三用表（电压，功率，电流）的使用常识(1):使用时仪表应放置水平位置，尽可能远离强电流导线和强磁性场，以免仪表增加误差。(2):仪表指针如不在另位时，可利用表盖上调节器调整之。(3)：根据所需测量范围将仪表接入电路，在通电前，必须对线路中的电流，电压有所估计，避免超载。(4)：当仪表使用于直流电路内时，应将接线柱接线互换，取二次读数之平均值作为正确指示值，以消除剩磁误差。AvwA(5):D26w功率表测量时如遇仪表指针反向偏转时，应改变换向开关之极性。即可使指针顺方向偏转，切忌互换电压接线，以免使仪表产生误差。(6):D26w功率表之指示值可按下式计算：P= C (瓦特) 式中：P为功率指示值C为仪表常数，亦即每格刻度所代表之瓦特，列表于下为指针偏转后指示格数3 3、三用表的接线1 13 32 2黄线将同铭端* 都联接起来红线是电压联线蓝线是电流联线V VWWA A四、实 验 内 容1、日光灯的组装日光灯是典型的感性负载电路，按线路完成连线 ，要求能点亮灯管即可。接线如下。s电容c镇流器日光灯 开关220v火线零线起辉器1322、各种交流电表的使用在上图箭头处断开电路，将所组合的三用表按对应 数字接入电路，进行电流，电压及功率的测量，用公式 ：解出没有并联电容时的功率因数。 （3）s电容c镇流器日光灯 开关220v火线零线起辉器132三用表的连接过程演示3、并联电容提高功率因数将电容并入日光灯电路（按图中虚线所示），观 察三用表的指示，运用公式（3），解出并联电容后的 功率因数，进行比较。实验的所有数据填入下表。 未加电 容加 电 容C1（ ）C2（ ）C3（ ）C4（ ）I（A） V (V)P (W)COS 点击观察过程实验现象观察AABB0CC星形电路三角形电路图 64、三相交流电路（选做）三相交流电是目前使用 广泛的供电方式，常见的 是采用以三相相序A，B，C为顺序，相位互差1200的正 弦交流电组合在一起进行供电。 三相交流电的负载常 用的有“星形”，“三角形”，其示意图如下：由负 载的不同又分成“对称负载”和“不对称负载”，（ 在星形负载中还有有中线与无中线的区分），由电工 原理可知： 对星形电路而言：A 线电压是相电压的 倍； 线电流 = 相电流 ；B 对称负载时星形电路中线电流为另，而不对称负载电路中线电流不为零。对三角形电路而言：线电压 = 相电压，线电流等于相电流的 倍（1）、测量星形电路三相四线制电源的相、线电压，电流相电压线电压相电流线电流UA0UB0UC0UABUBCUCAIA0IB0IC0IAIBIC对称负载不对称负载有中线无中线有中线无中线相 电 压电 流UA0UB0UC0IAIBICI0（2）测量星形电路三相四线制电源对称负载电路，有中线和无中线时的各电量；（3）测量三角形电路 。对称负载 不对称负载 UABUBCUCAIAICA五、 注 意 事 项警告因为该实验是强电，因 此实验中必须谨慎小心。接 线务必仔细检查，必要时请 教师检查后方可通电。