三相交流电源相序测量装置设计

车　壮

（营口市农业工程学校，营口 115009）

三相交流电源相序测量装置设计

车壮

（营口市农业工程学校，营口 115009）

三相交流电的相序在工程上至关重要。教师指导学生设计和制作相序测量器，学习测量相序的方法。这种理论联系实际的教学活动具有很强的可操作性，学生容易掌握，也取得了很好的教学效果。本文介绍几种相序测量装置制作原理、制作方法以及相序检测方法。

相序 相移 正序 逆序

在进行电气设备安装和一些电气测量装置的接线操作时，都需要事先了解电源的相序。三相交流电源的相序有正序和逆序之分，表示为U-V-W和U-W-V。在输电线路上则用L1-L2-L3和L1-L3-L2表示。此外，相序通常还用黄、绿、红三色色标来表示。一般情况下，在电源输出端确定哪一相是U相、V相、W相并不重要，重要的是确定U、V、W排列的顺序。

1　相序的概念

相序的概念：三相交流电的相序按照U、V、W（或A、B、C）排布，U相超前V相120°，V相超前W相120°，则称为正序或顺序；反之则为逆序。

2　相序的测量原理

相序的测量装置包括电容式指示灯相序测量器和电感式指示灯相序测量器。下面以电容式指示灯相序测量器为例，介绍相序的测量原理。

在三相电源上接入星形对称式阻性负载。由于三相负载对称，负载电压平衡，加在每相负载上的电压为220V相电压，负载的中性点N′和电源的中性点N重合。如果在三相对称负载中将UV相负载换成电容，取RW=RU=XC=R，由于电容C为容性负载，接入电路后产生相移，则使各相负载电压不再平衡，负载中性点N′和电源的中性点N也不再重合，其相量如图1所示。从相量图中可见，UV相负载为电容时，。如果我们将此和的电压值显示出来，即可判断出电源的相序。电压高的一相为W相，电压低的一相为U相。

图1 相量图

图2为指示灯指示式相序测量器电路。它是由一个电容器和两个相同的指示灯联接成的星形不对称三相负载电路。设电容C接于V相，一指示灯接于W相，另一指示灯接于U相。由于负载不对称，又无中性线，因此每相负载电压不再对称。比较两个指示灯上的电压，接于V相的指示灯所承受的电压比电源相电压降低了，而接于W相的指示灯所承受的电压比电源相电压升高了。因此，可以得出结论：对于电容式指示灯相序测量器而言，在相序上，电压降低的这一相超前于电容所在相；电压升高的这一相滞后于电容所在相。相序是相对的，任何一相均可作为V相。但V相确定后，W相和U相也就确定了。

图2　指示灯指示式相序测量器电路

电感式指示灯相序测量器的原理和电容式指示灯相序测量器的原理正好相反，其相量分析如图3所示，测量电路如图4所示。V相电感L的感抗与U、W两相指示灯的阻值相等，即XL=RW=RU=R。相序表接上待测的三相电源后，指示灯暗的相为W相，指示灯亮的相为U相。

图3　相量分析图

图4　测量电路图

3　相序测量器的设计制作

制作时，可以根据实际情况选择电容式或电感式。本文以电容式指示灯相序测量器为例，介绍5种设计制作方法。其电路原理简单，制作方便，适合学生制作。电感式指示灯相序测量器的设计制作，可以模仿电容式指示灯相序测量器的设计，将电容换成电感，同时适当改变元件参数即可。

3.1双电压表指示式相序测量器

3.1.1电路的设计

采用一个电容和两个等值电阻组成相移电路，用两块交流电压表分别并联在电阻两端作为指示。电路如图5所示。

图5　电路图

3.1.2元器件的选取

元器件参数的计算与选择是一个关键。电路中电阻R为耗能组件，R的阻值小，通过的电流大，耗能多，发热量大，相应体积也大。所以，R的阻值不要小于10kΩ。当R的阻值选定后，根据P=U²/R，计算电阻的额定功率。于是，P=2202/10000=5W，以便选取相应额定瓦数的电阻。电压表可选用两个同样的量程为300V的小交流指示表头。电容选用耐压大于400V的无极性电容，满足XC=RW=RU=R。例如，电路中R取10kΩ，C取0.3µF/400V，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×0.3-6=10615.7Ω≈10kΩ。除了电容之外，其他两相接入的电阻必须对称。如果两电阻的阻值一大一小，那么功率一大一小将会影响测量结果。

3.1.3调试与组装

元件选定后按图进行组装。组装好的电路接入三项交流电，调整元件参数，使两表面头指示差别明显即可。将焊接好的电阻、电容装入一个绝缘的塑料电气盒中并设法固定。两表头装在盒表面，并在表头下作上相应的标记V和W。电容V端的引线接上一个鳄鱼夹；两电阻U端和W端引线上各接一个测试棒，其外形示意图如图6所示。电气盒最好让专业厂家定做，但是必须按照实际情况自己设计合适的电气盒尺寸。

图6　外形图

3.2指示灯指示式相序测量器

利用两个指示灯取代电阻和电压表（指示灯既是负载又有指示作用），可制成指示灯指示式相序测量器，电路原理如图7所示。根据上述相序测量原理，用两个规格相同的指示灯代替RW和RU，再配以适当容量的电容，则可以制作一个相序测量器。接入电路时，假设电容所接的这一相为V相，则指示灯发光较亮的这一相就是W相，发光较暗的就是U相。选择合适的元件参数，可使指示灯在测量时既不超出额定电压，而灯光又有明显差异。为使指示灯的发光强弱对比明显，可改变电容的电容值。譬如，电容取1µF/400V，指示灯选15W/220V时，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×1-6=3184Ω，R=2202/15≈3227Ω。测试效果明显且耐用。其外形示意图如图8所示。

图7　电路图

图8　外形图

3.3单电压表指示式相序测量器

采用一个电容和两个等值电阻组成相移电路，选择合适元件参数（R和C）。用一块交流电压表并联在其中一个电阻两端作为指示，可制成单电压表指示式相序测量器，电路如图9所示。将电压表表头安装在仪器盒表面，并绘制面板标记，先标明额定相电压刻度线，在该刻度线左侧标明正序，右侧标明逆序。测量时指针如果在左侧正序标记区域，则所接电源相序为正序；反之，指针如果在右侧逆序标记区域，则所接电源相序为逆序。其外形示意图如图10所示。

图9　电路图

图10　外形图

3.4氖管指示式相序测量器

利用测电笔中的氖管作指示器代替电压表，可制成氖管指示式相序测量器，如图11所示。电路中R取1.5MΩ，C取2200pF/400V，XC=1/2πfc=1/2×3.14×50×2200-12= 1447590Ω≈1.5MΩ。测量时，如果氖管不亮，则所接电源相序为正序；若氖管亮，则所接电源相序为逆序。其外形示意图如图12所示。

图11　电路图

图12　外形图

3.5发光二极管式相序测量器

利用两组二极管分别和两个R串联，可制成发光二极管指示式相序测量器，电路如图13所示。根据上述相序测量原理，用两组规格相同的二极管作为指示，选择合适的电路参数（电阻、整流二极管和发光二极管），配以适当容量的电容，可使发光二极管在测量时既不超出额定电压，又可使发出的光有明显差异。接入电路时，假设电容所接的这一相为V相，则发光较亮的这一相就是W相，发光较暗的就是U相。其外形示意图如图14所示。

图13　电路图

图14　外形图

4　结语

在《电工电子》、《工厂供电》和《电机电控》等专业课的教学中，教师指导学生设计和制作相序测量器，学习测量相序的方法。这种理论联系实际的教学活动具有很强的可操作性，学生容易掌握，也取得了很好的教学效果。可见，在设计、制作相序测量器时，电路的设计及元器件参数的计算与选择十分重要，需要进行多次实验，才能得到满意的效果。

[1]机械工业部统编.电工仪表与测量[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]吴涛.电工基础实验[M].北京：高等教育出版社，1986.

[3]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4]王耀光.电工学实验[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