三相交流電源相序測量裝置設計

車　壯

（營口市農業工程學校，營口 115009）

三相交流電源相序測量裝置設計

車壯

（營口市農業工程學校，營口 115009）

三相交流電的相序在工程上至關重要。教師指導學生設計和制作相序測量器，學習測量相序的方法。這種理論聯系實際的教學活動具有很強的可操作性，學生容易掌握，也取得了很好的教學效果。本文介紹幾種相序測量裝置制作原理、制作方法以及相序檢測方法。

相序 相移 正序 逆序

在進行電氣設備安裝和一些電氣測量裝置的接線操作時，都需要事先了解電源的相序。三相交流電源的相序有正序和逆序之分，表示為U-V-W和U-W-V。在輸電線路上則用L1-L2-L3和L1-L3-L2表示。此外，相序通常還用黃、綠、紅三色色標來表示。一般情況下，在電源輸出端確定哪一相是U相、V相、W相并不重要，重要的是確定U、V、W排列的順序。

1　相序的概念

相序的概念：三相交流電的相序按照U、V、W（或A、B、C）排布，U相超前V相120°，V相超前W相120°，則稱為正序或順序；反之則為逆序。

2　相序的測量原理

相序的測量裝置包括電容式指示燈相序測量器和電感式指示燈相序測量器。下面以電容式指示燈相序測量器為例，介紹相序的測量原理。

在三相電源上接入星形對稱式阻性負載。由于三相負載對稱，負載電壓平衡，加在每相負載上的電壓為220V相電壓，負載的中性點N′和電源的中性點N重合。如果在三相對稱負載中將UV相負載換成電容，取RW=RU=XC=R，由于電容C為容性負載，接入電路后產生相移，則使各相負載電壓不再平衡，負載中性點N′和電源的中性點N也不再重合，其相量如圖1所示。從相量圖中可見，UV相負載為電容時，。如果我們將此和的電壓值顯示出來，即可判斷出電源的相序。電壓高的一相為W相，電壓低的一相為U相。

圖1 相量圖

圖2為指示燈指示式相序測量器電路。它是由一個電容器和兩個相同的指示燈聯接成的星形不對稱三相負載電路。設電容C接于V相，一指示燈接于W相，另一指示燈接于U相。由于負載不對稱，又無中性線，因此每相負載電壓不再對稱。比較兩個指示燈上的電壓，接于V相的指示燈所承受的電壓比電源相電壓降低了，而接于W相的指示燈所承受的電壓比電源相電壓升高了。因此，可以得出結論：對于電容式指示燈相序測量器而言，在相序上，電壓降低的這一相超前于電容所在相；電壓升高的這一相滯后于電容所在相。相序是相對的，任何一相均可作為V相。但V相確定后，W相和U相也就確定了。

圖2　指示燈指示式相序測量器電路

電感式指示燈相序測量器的原理和電容式指示燈相序測量器的原理正好相反，其相量分析如圖3所示，測量電路如圖4所示。V相電感L的感抗與U、W兩相指示燈的阻值相等，即XL=RW=RU=R。相序表接上待測的三相電源后，指示燈暗的相為W相，指示燈亮的相為U相。

圖3　相量分析圖

圖4　測量電路圖

3　相序測量器的設計制作

制作時，可以根據實際情況選擇電容式或電感式。本文以電容式指示燈相序測量器為例，介紹5種設計制作方法。其電路原理簡單，制作方便，適合學生制作。電感式指示燈相序測量器的設計制作，可以模仿電容式指示燈相序測量器的設計，將電容換成電感，同時適當改變元件參數即可。

3.1雙電壓表指示式相序測量器

3.1.1電路的設計

采用一個電容和兩個等值電阻組成相移電路，用兩塊交流電壓表分別并聯在電阻兩端作為指示。電路如圖5所示。

圖5　電路圖

3.1.2元器件的選取

元器件參數的計算與選擇是一個關鍵。電路中電阻R為耗能組件，R的阻值小，通過的電流大，耗能多，發熱量大，相應體積也大。所以，R的阻值不要小于10kΩ。當R的阻值選定后，根據P=U2/R，計算電阻的額定功率。于是，P=2202/10000=5W，以便選取相應額定瓦數的電阻。電壓表可選用兩個同樣的量程為300V的小交流指示表頭。電容選用耐壓大于400V的無極性電容，滿足XC=RW=RU=R。例如，電路中R取10kΩ，C取0.3μF/400V，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×0.3-6=10615.7Ω≈10kΩ。除了電容之外，其他兩相接入的電阻必須對稱。如果兩電阻的阻值一大一小，那么功率一大一小將會影響測量結果。

3.1.3調試與組裝

元件選定后按圖進行組裝。組裝好的電路接入三項交流電，調整元件參數，使兩表面頭指示差別明顯即可。將焊接好的電阻、電容裝入一個絕緣的塑料電氣盒中并設法固定。兩表頭裝在盒表面，并在表頭下作上相應的標記V和W。電容V端的引線接上一個鱷魚夾；兩電阻U端和W端引線上各接一個測試棒，其外形示意圖如圖6所示。電氣盒最好讓專業廠家定做，但是必須按照實際情況自己設計合適的電氣盒尺寸。

圖6　外形圖

3.2指示燈指示式相序測量器

利用兩個指示燈取代電阻和電壓表（指示燈既是負載又有指示作用），可制成指示燈指示式相序測量器，電路原理如圖7所示。根據上述相序測量原理，用兩個規格相同的指示燈代替RW和RU，再配以適當容量的電容，則可以制作一個相序測量器。接入電路時，假設電容所接的這一相為V相，則指示燈發光較亮的這一相就是W相，發光較暗的就是U相。選擇合適的元件參數，可使指示燈在測量時既不超出額定電壓，而燈光又有明顯差異。為使指示燈的發光強弱對比明顯，可改變電容的電容值。譬如，電容取1μF/400V，指示燈選15W/220V時，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×1-6=3184Ω，R=2202/15≈3227Ω。測試效果明顯且耐用。其外形示意圖如圖8所示。

圖7　電路圖

圖8　外形圖

3.3單電壓表指示式相序測量器

采用一個電容和兩個等值電阻組成相移電路，選擇合適元件參數（R和C）。用一塊交流電壓表并聯在其中一個電阻兩端作為指示，可制成單電壓表指示式相序測量器，電路如圖9所示。將電壓表表頭安裝在儀器盒表面，并繪制面板標記，先標明額定相電壓刻度線，在該刻度線左側標明正序，右側標明逆序。測量時指針如果在左側正序標記區域，則所接電源相序為正序；反之，指針如果在右側逆序標記區域，則所接電源相序為逆序。其外形示意圖如圖10所示。

圖9　電路圖

圖10　外形圖

3.4氖管指示式相序測量器

利用測電筆中的氖管作指示器代替電壓表，可制成氖管指示式相序測量器，如圖11所示。電路中R取1.5MΩ，C取2200pF/400V，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×2200-12= 1447590Ω≈1.5MΩ。測量時，如果氖管不亮，則所接電源相序為正序；若氖管亮，則所接電源相序為逆序。其外形示意圖如圖12所示。

圖11　電路圖

圖12　外形圖

3.5發光二極管式相序測量器

利用兩組二極管分別和兩個R串聯，可制成發光二極管指示式相序測量器，電路如圖13所示。根據上述相序測量原理，用兩組規格相同的二極管作為指示，選擇合適的電路參數（電阻、整流二極管和發光二極管），配以適當容量的電容，可使發光二極管在測量時既不超出額定電壓，又可使發出的光有明顯差異。接入電路時，假設電容所接的這一相為V相，則發光較亮的這一相就是W相，發光較暗的就是U相。其外形示意圖如圖14所示。

圖13　電路圖

圖14　外形圖

4　結語

在《電工電子》、《工廠供電》和《電機電控》等專業課的教學中，教師指導學生設計和制作相序測量器，學習測量相序的方法。這種理論聯系實際的教學活動具有很強的可操作性，學生容易掌握，也取得了很好的教學效果。可見，在設計、制作相序測量器時，電路的設計及元器件參數的計算與選擇十分重要，需要進行多次實驗，才能得到滿意的效果。

[1]機械工業部統編.電工儀表與測量[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2]吳濤.電工基礎實驗[M].北京：高等教育出版社，1986.

[3]秦曾煌.電工學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]王耀光.電工學實驗[M].北京：高等教育出版社，1985.

Three-phase AC Power Supply Phase Sequence Measurement Device Design

CHE Zhuang
(Yingkou agricultural engineering school, Yingkou 115009)

The three-phase AC phase sequence in the project is very import ant, for example, three-phase AC motors, the power to change the phas e sequence to change the m otor steering. So, in turn required the starters, pumps, blowers and other electrical machinery, the power supply before power is neces sary to know the phas e sequence. Design, production of three-phase power supply phase sequence measurement means learning phase sequence measurement of three-phase alternating current, either acquire the relevant theoretical knowledge and practical ski lls can be improved. Here are s ome phase sequence measurement device production principle, production methods and phase sequence detection method.

phase sequence, phase shift, positive sequence, reverse