三相電系統(tǒng)是常見的多相交流電系統(tǒng)之一,該系統(tǒng)中一般每相電壓的偏移角度為120°,各相的電壓稱為相電壓,兩相間的電壓稱為線電壓。三相電功率測量接法,在測量中需要注意的是:當(dāng)電源和負(fù)載沒有中性線時,我們就不能測量相電壓,而是需要測量線電壓,其矢量圖如下所示:
一、三相電系統(tǒng)中的兩種測量方法
主要有兩瓦特表法和三瓦特表法兩種測量方法。工程師們需根據(jù)不同的接線方式場合,靈活選擇恰當(dāng)?shù)墓β蕼y量方式,這樣才能得到準(zhǔn)確的功率參數(shù)。
在三相電路的功率測量中,如果測試的是三相四線制系統(tǒng),測試者只需將3個功率計測量的數(shù)值簡單相加即可,這就是三瓦特表法。當(dāng)測試沒有中性線的三相三線制系統(tǒng)時,依據(jù)布朗德爾定理,三相總功率的數(shù)值需由2個功率計共同進(jìn)行測量,這種測量方式被稱為兩瓦特表法,操作方法分別如下圖所示:
二、發(fā)現(xiàn)兩種接線方法的相似之處
為確保測試結(jié)果的高精準(zhǔn)度,橫河功率分析儀主要采用的是3P3W和3P3W(3V3A)兩種不需要中線的三相系統(tǒng)測試方法,且在3P3W和3P3W(3V3A)接法中,三相系統(tǒng)中的有功功率計算公式均采用P∑=P1+P2,那么橫河功率分析儀為什么會這樣設(shè)置呢?就讓我們從源頭入手,一探究竟吧!
按照下面3P3W的接線圖可知,一單元接AC電壓,A相電流,二單元接BC電壓、B相電流。
3P3W接線圖
按照下面3P3W(3V3A)的接線圖可知,一單元接AC電壓,A相電流;二單元接BC電壓、B相電流;三單元接AB電壓、C相電流。
3P3W(3V3A)接線圖
我們不難看出,相較于3P3W的接法,在使用3P3W(3V3A)接法測量的過程中,測量者需多用一個三單元來測量AB電壓和C相電流,但是對于有功功率(P∑=P1+P2)的計算來說,這兩種接法均可獲得同樣的結(jié)果,因此如果我們只是想單純測量有功功率以及效率等參數(shù)的話,那么這兩種接法都適用。
當(dāng)然,P∑=P1+P2的成立也是有前提條件的,因為兩瓦特表法的理論依據(jù)是基爾霍夫電流定律,即在集總電路中,任何時刻,對任意結(jié)點,所有流入流出結(jié)點的支路電流的代數(shù)和恒等于零。也就是說,兩根火線的流入電流等于第三根火線的流出電流,或者說三根火線的電流的矢量和等于零,即:,推導(dǎo)公式如下:
由上圖可知,只有在所有流入流出結(jié)點的支路電流的代數(shù)和恒等于零時,這個公式才是成立的,且和三相平衡與否沒有關(guān)系。
三、揭秘兩種接線法的區(qū)別
既然3P3W和3P3W(3V3A)接法對于有功功率P的測量來說是一樣的,那么這兩種接法有什么區(qū)別呢?其實兩者的區(qū)別主要在于對三相系統(tǒng)的視在功率和功率因數(shù)的計算。
在單相電路中,只要測量出電壓、電流有效值及有功功率,即可計算其功率因數(shù),而對于三相不平衡電路來說,每一相的功率因數(shù)都可能有所不同,因此要想計算其總功率因數(shù),就需按照功率因數(shù)的定義式,分別計算三相電路的總有功功率和總視在功率。而3P3W與3P3W(3V3A)接法中總有功功率是一致的,因此,計算三相不平衡電路的功率因數(shù)的關(guān)鍵在于確定三相電路的總視在功率。
在3P3W的接線方式中,總視在功率S的計算公式是:
在3P3W(3V3A)的接線方式中,總視在功率S的計算公式是:
如果三相系統(tǒng)是平衡的,那么每相的視在功率也基本相同,因此可以通過3P3W接線方式來進(jìn)行總視在功率的計算。但是如果三相系統(tǒng)是不平衡的,那么3P3W的總視在功率計算方式就會有誤差,這個誤差的產(chǎn)生是因為三相不平衡電路會產(chǎn)生中性點漏電流In,而采用3P3W(3V3A)接線方式的補(bǔ)償功能,3P3W(3V3A)接線方式可以計算因為中性點泄漏電流造成的功率損失。
總的來說在功率和功率因數(shù)的測量上,3P3W(3V3A)的接線方式比3P3W的接線方式更有優(yōu)勢,也是橫河優(yōu)先推薦的接法。
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