測量三相三線系統(tǒng)的三大誤區(qū)

幾乎所有的電工書籍都有介紹，兩瓦特計測量三相三線功率是一種廣泛使用的方法。然而對于功率分析儀我們推薦使用3V3A接線方式。有時測量人員由于思維慣性，看到3V3A的接線方式、波形圖和矢量圖與想象中不一致，造成誤解和困惑。下面將深入對比解析這些誤區(qū)。

一、接線圖誤區(qū)

1、測量人員“想象中的接線圖”

圖1 測量人員眼中接線圖

R相電流I1和R-S電壓U12接到一個功率測量單元，計算的功率記為P1=I1•U12P1=I1•U12；S相電流I2和S-T電壓U23接到一個功率測量單元，功率記為P2=I2•U23；T相電流I3和T-R電壓U31接到一個功率測量單元，計算的功率記為P3=I3•U31。那么，三相功率是以上測量3個功率之和P=P1+P2+P3嗎？這顯然是錯誤的，線電流與線電壓相乘并非相功率，角形接法亦然，正確應(yīng)是：

然而三相三線制中，星形負(fù)載測不到相電壓，角形負(fù)載測不到相電流，功率該如何計算？對于星型負(fù)載，當(dāng)電源和負(fù)載完全平衡的情況下，通過線電壓求得相電壓，每相電壓電流一樣則有：

實際上通常不會完全平衡，還需3相功率分別相加，根據(jù)基爾霍夫電流定律：

由此可見U23•I2=P2，但U13•I1 不等于P1 也不等于P3

所以我們無法由測量到的三個功率P1=I1•U12、P2=I2•U23、P3=I3•U31來得到總功率P=U13•I1

+U23•I2。

這種接線方式是錯誤的，實際上也不存在。

2、3V3A實際接線圖

圖2 3V3A接線方式

按圖2接線方式，R相電流I1和R-T電壓U13接到一個功率測量單元，計算的功率記為P1=I1•U13；S相電流I2和S-T電壓U23接到一個功率測量單元，功率記為P2=I2•U23；T相電流I3和R-S電壓U12接到一個功率測量單元，計算的功率記為P3=I3•U12。同前述的推導(dǎo)方式：

由此可見3V3A接線本質(zhì)就是經(jīng)典的兩瓦特計法，多了P3=I3•U12，但計算總功率并不用P3。兩瓦特計法是電工測量的基本常識，選取其中一相（T）作為參考點，根據(jù)基爾霍夫電流定律另外兩線的電流（I1、I2）全部回流到參考點，總功率為另外兩線分別對參考點電壓（URT、UST）產(chǎn)生的功率之和。

結(jié)論和推論：

3V3A實質(zhì)為兩瓦特計法，三相總功率為P1+P2。

單個功率值沒有物理意義，儀器測量的單個功率是線電壓和線電流相乘，實際各相的電流不是單個線電壓產(chǎn)生的結(jié)果，所以單個功率表的計算結(jié)果P1或者P2不代表某一相的功率，第三個測量單元是RS線電壓和T相線電流的乘積，這個功率也是沒有意義的。

一些特殊的情況：結(jié)合圖4，在三相平衡系統(tǒng)中阻性負(fù)載時，P1＞0，P2＞0，P3=0；感性平衡負(fù)載時，相比阻性電壓超前電流，電壓將逆時針旋轉(zhuǎn)一定角度，P3＞0，當(dāng)大于60°時加上純阻性時UST超前I2的 30°共大于90°，則P2＜0；容性平衡負(fù)載時，相比阻性電壓落后電流，電壓將順時針旋轉(zhuǎn)一定角度，P3＜0，當(dāng)大于60°時加上純阻性時URT落后I1的 30°共大于90°，則P1＜0。

圖3 三個線電壓向量由來

圖4 三相平衡系統(tǒng)阻性負(fù)載向量圖

二、波形圖誤區(qū)

1、測量人員“想象中的波形圖”

圖5 測量人員“想象中的波形圖”

2、3V3A實際波形圖

圖6 3V3A電壓電流波形圖

三相交流電力系統(tǒng)，三相電壓為同一幅值，三相電R、S、T之間的夾角是120°，按照相序URS、UST、UTR 3個線電壓相差120°，如圖5。

功率分析儀3V3A測量的線電壓是RT（板卡U1電壓）、ST（板卡U2電壓）、RS（板卡U3電壓）。這樣測量到的3個電壓波形就不是相差120°了，因為我們并不是按照RS、ST、TR測量。電壓相序差，以URS波形圖為參考，URT滯后URS60°，UST滯后URS 120°。線電流R（板卡I1電流）、S（板卡I2電流）、T（板卡I3電流），其中電流相序差120°。

實際上3V3A測量的線電壓不是URS、UST、UTR，波形相差非120°不代表三相電不是120°，兩者不能混為一談，只是有時測量人員對于圖6的波形不理解。

三、矢量圖誤區(qū)

1、測量人員“想象中的矢量圖”

圖7 某種負(fù)載下測量人員眼中矢量圖

2、3V3A矢量圖

圖8 某種負(fù)載下3V3A矢量圖

功率分析儀可通過向量功能顯示接線組各輸入單元基波的相位差和有效值的關(guān)系，在向量圖里，向量的長度指示基波的有效值大小，向量間的角度則指示了各個基波的相位差。

按照相序的3個線電壓URS、UST、UTR作出的矢量圖是首尾相連閉合的，然而如波形圖中所述3V3A得到的電壓是URT、UST、URS，本身就是不閉合的。

總結(jié)：

西游記中有真假美猴王，PA功率分析儀中3V3A接線方式也有真假之辨，希望通過本文介紹，對您了解3V3A起到拋磚引玉之效。