三相交流电实验报告

在高中物理、大学物理电磁学以及电工学中均有三相交流电的内容，本文作者给学生做了一组三相交流电的演示实验，培养了学生的观察能力和思维能力，加强了感性认识．

三相正弦交流电源的三个感应电动势幅值相等，频率相同，其相位也互差120°，这种电动势称为对称电动势．为了让学生充分理解三相电动势的对称性，我们可将一台三相手摇发电机的三个绕组的引出线中分别串入三个相同的电流表，按负载的星形接法（或者三角形的接法）构成闭合回路，联接电路如图1所示．然后匀速摇动发电机的转子，此时可以发现三个电流表的指针发生摆动，而且可以观察到，在发电机转子旋转时，三个电流表的指针摆动不是同步的，而是有先有后．如果转子从某一位置开始，按逆时针方向匀速旋转一周．可以观察到三个电流表的指针依A、B、C的顺序先后摆动一次．而且电流表指针摆动的幅度相等，通过这样的演示实验，学生自己便可总结出三相感应电动势的频率相同，幅值相等，三者之间的相位差也相等（互隔120°），然后可以让学生写出对称的三相电动势的数学表达式：

eA=Emsinωt，

eB=Emsin(ωt-120°)，

eC=Emsin(ωt-240°)=Emsin(ωt 120°)．

在演示完对称的三相电动势之后，可进一步观察正弦波形．将图1中的三个电流表分别用6V的指示灯来代替（图2），然后用示波器的摆头分别将指示灯ZD1（或ZD2、ZD3）两端接至RS8A双踪示波器YA（或YB），调节示波器各旋钮至适当位置，然后匀速摇动发电机的转子，可以发现三个指示灯泡发亮，并且在示波器的荧光屏上可显示出A相（或B相，或C相）的电压波形为正弦波，学生在看演示实验的同时便会异口同声的说，三相电动势的波形是正弦波．

在三相对称负载接成星形（Y0）联接时，图2中的三个指示灯的额定功率，额定电压必须相同，并在中线中串接电流计，如图3所示．然后匀速的摇动三相发电机的转子，可以发现三指示灯泡发亮，而且中线中串接的电流计指针没有发生偏转，这样便可引入三相对称负载星形联接时，中线无电流，这时学生们可以立刻提出既然中线无电流，为什么不把中线去掉呢？此时便可顺水推舟的引入三相三线制，即在三相负载对称时，可以把中线去掉，就成为三相三线制，如图4（a）所示，电路为负载对称时的星形（Y）联接，图4（b）所示电路为负载对称时的三角形联接．

应该指出在实践中，三相负载究竟应接成Y形，还是接成△形，应根据每相负载的额定电压与电源线电压的大小而定．如果各相负载的额

两者相等，则应接成△形．错误的联接有时会引起严重的事故如将应作Y联接的负载错接成△，则每相负载上的电压比其额定值升高3倍，线电流功率要增大三倍，设备会烧坏；反之，若把应作△联接的负载错接成

率和电流过小而不能在正常状态下工作，像电动机会产生转矩不足．有时也会引起严重事故，所以在实践中必须按负载的工作要求（铭牌上的规定）连接．

为了说明（Y0）联接时中线的作用，可演示不对称负载的情况，我们可用三个不同功率的指示灯作为负载，并在中线中串联一个电流计（G），电路连接如图3所示．然后均匀的摇动发电机的转子，可以发现三个指示灯发亮的程度不同，并且串接在中线上的电流计（G）的指针发生偏转，此时学生就可以总结出负载不对称时，中线绝对不能去掉，从而引入了三相四线制．

顺便指出，在我国三相低压配电系统中，线电压大多为380V．工农业生产实践中广泛使用的三相异步电动机，各相绕组的额定电压为220/380V，所以此类负载应作Y/△连接；单相负载的额定电压有220V的，如电灯、电扇、小电炉等，也有380V的，如电磁铁，接触器、继电器等．根据铭牌上的额定电压值，分别把这些负载接在火线与中线，或火线与火线之间，所以单相交流电路仅是三相电路的一个特例．

本组演示实验，时间短，仅在20余分钟内即可完成，但学生收益非浅，基本上了解了三相交流电的供电系统，增强了感性认识和勇于实践的兴趣．本组演示实验也可作为中学生科技活动的内容。