在电工实验台上有日光灯实验单元，如图4-4-7所示。首先将日光灯实验单元右下方的开关拨向实验，将交流电路实验箱中的电容开关全部打到左边断开位置(C=0)，将电工实验台上的三相可调交流电源的U相与日光灯实验单元中1端连接，2端— 8端，3端—5端，4端—6端，将实验台三相交流可调电源的N端与日光灯实验单元的9端连接，将电容箱并接在日光灯实验单元的8、9两端。
3．日光灯电路参数的测量
检查电路连线正确后，按下启动按钮接通电源，灯管发
图4-4-7 日光灯实验单元接线图 光，观察日光灯的启动情况。将图4-4-6中功率表的引线A
端与三相交流电源的N端（中性点）连接，把电流插笔插入日光灯实验单元1～2两端中间的电流插孔，此时实验台上的电流表和功率表都有读数；电流表的读数是电路流过的总电流；功率表的读数是电路消耗的总功率P。把电压表的X、Y端分别连接到日光灯实验单元的5～6、7～8两端，即可测量出灯管两端电压U1，镇流器两端电压U2，把电压表的X、Y端连接到实验台三相交流可调电源的U、N端，测量电源电压UUN，把测量的数据填入表4.4.1中，并计算表4.4.1中的各项计算值。
表4.4.1测量数据1
测量值 P/W I/A UUN/V U1/V U2/V cos? 计算值 R1/Ω R2/Ω XL/Ω 4．功率因素的提高 把交流电路实验箱中的电容开关打向右方，可改变可变电容箱的电容值。逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流。将电容按0.47μF 、1.0μF、1.47μF、 2.0μF、2.47μF 、3.0μF、3.47μF、4.0μF、4.47μF、5.0μF、5.47μF、6.0μF的规律逐渐增加，观察总功率P、电源电压U、总电流I、灯管支路电流IRL及电容支路电流IC的变化情况，记录P、U、I、IRL、IC的数据，填入表4.4.2中。方法如下：
把电流插笔插入日光灯实验单元1～2两端中的电流插孔，此时实验台上的电流表和功率表都有读数，即电流表的读数是电路流过的总电流；功率表的读数是电路消耗的总功率P。把电压表的X、Y端连接到三相可调交流电源的U、N端，测量电源电压UUN，按表4.4.2中电容的数值逐渐增加，观察功率表、电压表、电流表数值的变化情况。功率表的读数不变(电容消耗无功功率，总有功功率P不变)；电压表的读数不变(电容并联在UUN的两端，对电路总电压没有影响)；电流表的读数即总电流I的变化趋势是先减小后增大，电流最小的点是电路的谐振点。
把电流表插笔插入日光灯实验单元7～8两端中间的电流插孔，按表4.4.2中电容的数值逐渐增加，观察灯管支路电流IRL的变化情况。（电流IRL的大小基本不变。）
把电流表插笔插入交流电路实验箱中的电容两端的电流插孔，按表4.4.2中电容的数值逐渐增加，观察电容支路电流IC的变化情况。（电流IC的变化趋势是：随着电容容量的增加逐渐增加。）
实验过程中千万不能按下电容箱的放电按钮。
测量结束，将调压器手柄左旋至0位，使输出电压为0V。按下电源的停止按钮，切断电源后，再进行拆线整理。
实验结束，把实验箱放入实验桌的下方，导线放入中间抽屉，实验桌整理干净。
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表4.4.2 测量数据2
C/μF 0.47 1.0 1.47 2.0 2.47 3.0 3.47 4.0 4.47 5.0 6.0 测量结果 P/W UUN/V I/A IRL/A IC/A 计算结果 cos? 4.4.5注意事项
1．强电实验，注意人身安全和设备仪器。 2．日光灯管功率（本实验中日光灯标称功率20W）及镇流器所消耗功率都随温度而变，在不同环境温度下及接通电路后不同时间中功率会有所变化。
3．日光灯启动电压随环境温度会有所改变，一般在180V左右可启动，日光灯启动时电流较大（约0.6A），工作时电流约0.37A，注意仪表量程选择。
4．灯管两端电压及镇流器两端电压可在板上接线插口处测量。
5．功率表的同名端按标准接法连接在一起，否则功率表的指针反向偏转，数字表则无显示。使用功率表测量时必须按下相应电压、电流量限开关。
6．本实验中使用的电压表、电流表、功率表采用开机延时工作方式，仪表通电后约10秒钟自动进入同步显示。
4.4.6实验报告
1．由C=0时的实验数据，计算感性支路的参数RL、L。 2．根据表4.4.2的数据，计算相应的功率因数cos?的值。
3．根据测出的数据，找出谐振点。比较谐振时（或谐振点附近）的总电流和各支路中电流的大小，做出曲线cos?－C及I－C，并加以讨论。
4．回答思考题。
4.4.7思考题
1．当与日光灯并联的电容值由小逐渐增大时，I=f(C)、cos?＝(C)曲线是怎样变化的？为什么？总电流I的变化规律又是什么?
2．日光灯电路并联电容进行补偿后，功率表的读数及日光灯支路电流是否改变，为什么？
3．观察分析当并联电容不断增大时，总电流I的变化趋势是先减小后增大；灯管支路电流IRL不变；电容支路电流IC随着电容增加而增加，为什么？试分析其原因。
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4.5 实验五 三相电路的测量
4.5.1实验目的
1．熟悉三相负载的星形连接方法以及三相四线制供电系统中线的作用。 2．掌握三相电路中测量对称与非对称负载功率测量的几种方法。
3．验证对称三相电路负载星形连接时线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。
4.5.2实验原理
1．三相负载的连接
三相负载的基本连接方法有Y连接和△连接。对于Y连接，按其有无中线，又可分为三相四线制和三相三线制。根据三相电路的负载的不同，三相电路又分为对称三相电路和不对称三相电路。一般情况下，在实际三相电路中的三相电源是对称的，三条端线阻抗也是对称的，但负载不一定对称。在对称三相电路中，对于三角形连接，其线电流IL是相电流IP的3倍；对于星形连接的三相负载，线电压UL是相电压UP的3倍。
2．三相电路中的功率测量
工业生产中经常要测量对称三相电路和不对称三相电路的有功功率，在对称三相四线制电路中，因各相负载所吸收的功率相等，只要用一只功率表测量出任一相负载的功率，其三倍就是三相负载吸收的总功率P=3P相。在不对称三相四线制电路中，各相负载吸收的功率不相等，可用三只功率表测量出各相负载吸收的功率PU、 PV及PW，或用一只功率表分别测量出各相负载吸收的功率，然后再相加即得三相负载的总功率：P=PU+ PV+PW。这种测量方法称为三表法，其接线如图4-5-1所示。
图4-5-1 三表法测量三相功率示意图 图4-5-2 二表法测量三相功率示意图
在三相三线制电路中，不论电路是否对称，常采用二表法来测量三相功率。如图4-5-2所示，两个功率表读数的代数和即为三相负载的总功率。在三相四线制电路中，一般不采用二表法。
3．中线的作用
对于Y连接的三相负载，当负载不对称时，若没有中线，则负载的相电压将不再对称，使负载不能正常工作。因此，对于不对称的三相负载作Y连接时，应该连接中线，即采用三相四线制。
接中线后，负载中性点与电源中性点被强制为等电位，各相负载的相电压与相应的电源相电压相等。因为电源电压对称，所以负载的相电压也是对称，从而可以保证各相负载能够正常工作。
4.5.3实验设备及所用组件箱
名称 电工实验台 交流电路实验箱 导线 数量 1 1 若干 备注 8
4.5.4实验任务
1．测量仪表的使用
在电工实验台选择功率因数组合表，电压量程选择500V、电流量程选择0.4A；电压表量程选择500V；电流表量程选择0.2A，三块表的读数在不锁存位置。用导线和电流插笔将电流表、功率表按图4-5-3连接，电压表引出二根导线。
图4-5-3 电压表、功率表、电流表和电流插笔连接图
2．实验电路的连接
图4-5-4 三相电路负载接线图
将实验调压器手柄旋至零位，按下启动按钮，右旋调压器手柄，将电压从0V调到220V，用实验台上三相交流可调电源的三块电压表进行估读。电压调整好后，按下停止按钮。
在交流电路实验箱上三相负载连接成如图4-5-4所示，每只灯泡的控制开关分别为K1、K2、K3，电路中有线电流、相电流和中线电流的测量孔。三相负载星形连接，首先将电工实验台上三相交流电源的U、V、W端分别与实验箱上的三相电路U、V、W端连接，每相的N1、N2、N3端连接在一起为N'点， 电路连接完毕后，必须认真检查，确认无误后才能通电。
3．电路参数的测量
根据表4.5.1的要求进行测量。用实验台上的电压表、电流表和功率表分别读出功率P、电流I、电压U。将测量数据填入表4.5.1中。
实验步骤如下：
⑴有中线时对称负载星形连接（各相有3盏灯）
接通电源，观察各相灯泡的亮度。将电压表引出的两根导线连接到相应的点，分别测出各线电压(UUV、UVW及UWU)、相电压（UUN′、UVN′及UWN′）、中性点电压(UN′N)。
①三表法测量
测量电路如图4-5-1所示。将图4-5-3中导线A端连接到实验台三相交流可调电源的N
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端，电流插笔分别插到实验电路U、V、W三相的线电流插孔，此时实验台上的电流表、功率表都有读数，电流表的读数分别是线电流IU、IV及IW，功率表的读数分别是各相负载消耗的功率PU、PV、PW。电路消耗的总功率P= PU+PV+PW。
②两表法测量
测量电路如图4-5-2所示。将图4-5-3中导线A端连接到实验台三相交流可调电源的W端，电流插笔分别插到实验电路U、V两相的线电流插孔，此时实验台上的功率表、电流表有读数，可测量出功率P1和P2。电路消耗的总功率P=P1+P2。
③将测量结果PU、PV、PW及P1和P2填入表4.5.1中，并将两种测量方法测出的总功率P进行比较，其误差应在10W以内，否则测量方法有误。
④将电流插笔插到中线电流(IN′N)插孔，电流表的读数为中线电流IN′N。 ⑵无中线时对称负载星形连接（各相有3盏灯）
上述实验步骤做完后，把实验台上三相电源的N端与实验装置端N'连接的导线断开，接通电源，观察各相灯泡的亮度，将电压表引出的两根导线连接到相应的点，测量各线电压(UUV、UVW及UWU)、相电压(UUN′、UVN′及UWN′)和中线电压(UN′N)。
测量电路如图4-5-2所示。将图4-5-3中导线A端连接到实验台三相交流可调电源的W端，电流插笔分别插到实验电路U、V二相的线电流插孔，此时实验台上的电流表、功率表都有读数，电流表的读数分别是线电流IU、IV，功率表的读数分别是P1和P2，电路消耗的总功率P=P1+P2。把电流插笔插入实验电路W相的线电流插孔，测量线电流IW。注意观察各相灯泡亮度与有中线时相比有无变化。
⑶有中线时不对称负载星形连接
利用开关K1、K2、K3控制灯，使每相灯的盏数符合表4.5.1的要求。U相接三盏灯、V相接两盏灯、W相接一盏灯（各相灯的数量选择可自行定义，只要三相灯的数量不等即可）。
用导线把实验台上三相电源的N端与实验装置的N'端连接，接通电源，观察各相灯的亮度。将电压表引出的两根导线连接到相应的点，测量各线电压(UUV、UVW及UWU)、相电压(UUN′、UVN′及UWN′)和中线电压(UN′N)。
测量电路如图4-5-1所示。将图4-5-3中导线A端连接到实验台三相交流可调电源的N端，电流插笔分别插到实验电路U、V、W三相的线电流插孔，此时实验台上的电流表、功率表都有读数，电流表的读数分别是线电流IU、IV及IW，功率表的读数分别是各相负载消耗的功率PU、PV、PW。电路消耗的总功率P= PU+PV+PW。注意观察各相灯泡亮度。
④将电流插笔插到中线电流插孔，电流表的读数为中线电流IN′N。 ⑷无中线时不对称负载星形连接
把实验台上三相可调电源的N端与实验装置N'端连接的导线断开，接通电源，将电压表引出的两根导线连接到相应的点，测量各线电压(UUV、UVW及UWU)、相电压(UUN′、 UVN′及UWN′)和中线电压(UN′N)，注意中线电压UN′N的测量，方法是将电压表引出的两根导线分别连接到实验台上三相电源的N端和实验装置N'端。
测量电路如图4-5-2所示。将图4-5-3中导线A端连接到实验台三相交流电源的W端，电流插笔分别插到实验电路U、V二相的线电流插孔，此时实验台上的电流表、功率表都有读数，电流表的读数分别是线电流IU、IV，功率表的读数分别是各相负载消耗的功率P1和P2，电路消耗的总功率P=P1+P2。把电流插笔插入实验电路W相的线电流插孔，测量线电流IW。注意观察各相灯泡亮度与有中线时相比有无变化。
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