《電工與電子技術(shù)》單元3三相交流電路.ppt

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1 主編 李文王慶良副主編 孫全江韋宇主審 于昆倫 電工與電子技術(shù) 上篇電工學(xué)單元3三相交流電路 2 知識(shí)點(diǎn) 三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn) 三相交流電源星形連接 三角形連接及相 線(xiàn)電壓關(guān)系 三相負(fù)載星形連接 三角形連接及相 線(xiàn)電壓和電流關(guān)系 三相交流電路的功率 三相交流電路分析計(jì)算方法 能力目標(biāo) 熟練掌握三相交流電路的分析 計(jì)算和實(shí)際運(yùn)用 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中 發(fā)電和輸配電幾乎都采用三相制 所謂三相制 是指由頻率相同 幅值相等 相位互差120 的三個(gè)正弦電動(dòng)勢(shì)作為電源的供電體系 三相制比單相制在電能的產(chǎn)生 輸送和應(yīng)用上具有顯著的優(yōu)點(diǎn) 三相輸電比單相輸電節(jié)省有色金屬材料 輸電成本低 三相交流電機(jī)比單相交流電機(jī)性能好 經(jīng)濟(jì)效益高 單元3三相交流電路 3 單元3三相交流電路 目錄 4 三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的 圖3 1 a 是一個(gè)三相交流發(fā)電機(jī)的原理示意圖 它主要由兩部分組成 里面旋轉(zhuǎn)的部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子 在轉(zhuǎn)子的線(xiàn)圈中通以直流電流 則在空間產(chǎn)生一個(gè)按正弦規(guī)律分布的磁場(chǎng) 3 1三相交流電源 3 1 1三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì) 3 1三相交流電源 圖3 1三相交流發(fā)電機(jī)原理 a 三相交流發(fā)電機(jī)原理示意圖 b 三相電動(dòng)勢(shì)正方向 5 外面固定不動(dòng)的部分稱(chēng)為定子 在定子的鐵芯槽內(nèi)分別嵌入三個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的線(xiàn)圈U1 U2 V1 V2 W1 W2 它們?cè)诳臻g的位置互差120 稱(chēng)為三相定子繞組 U1 V1 W1稱(chēng)為三個(gè)繞組的始端 U2 V2 W2稱(chēng)為末端 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以角速度 勻速旋轉(zhuǎn)時(shí) 三相定子繞組就會(huì)切割磁力線(xiàn)而感生電動(dòng)勢(shì) 由于磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布 因此感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為正弦電動(dòng)勢(shì) 而三相繞組結(jié)構(gòu)相同 切割磁力線(xiàn)的速度相同 位置互差120 因此三相繞組感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)幅值相等 頻率相同 相位互差120 這樣的三相電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)三相電動(dòng)勢(shì) 設(shè)各相電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)橛赡┒酥赶蚴级?如圖3 1 b 所示 并以eU為參考量 則三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為 3 1三相交流電源 6 波形圖 相量圖如圖3 2所示 任一瞬時(shí) 對(duì)稱(chēng)的三相電動(dòng)勢(shì)之和為零 即 3 1 圖3 2三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)的波形圖和相量圖 a 波形圖 b 相量圖 3 1三相交流電源 7 三相電源中三個(gè)電動(dòng)勢(shì)依次達(dá)到最大值 或零值 的先后次序稱(chēng)為三相電源的相序 式 3 1 表示的三相電源相序?yàn)閁 V W U 即V相滯后于U相 W相滯后于V相 稱(chēng)之為正序 如果相序?yàn)閃 V U W 則稱(chēng)為逆序 工程上通用的是正序 U相是可以任意假定的 但U相一經(jīng)確定 那么比U相滯后120 的就是V相 比U相超前120 的則是W相 這是不可混淆的 工業(yè)上通常在交流發(fā)電機(jī)引出線(xiàn)及配電裝置的三相母線(xiàn)上涂上了黃 綠 紅三色 用以表示U V W三相 3 1三相交流電源 8 三相發(fā)電機(jī)的三相繞組有星形 Y 和三角形 兩種連接方式 3 1 2 1星形連接如圖3 3所示 將電源的三相繞組的末端連接在一起 形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)N稱(chēng)為中性點(diǎn) 零點(diǎn) 再將三相繞組的始端U V W分別引出三根輸出線(xiàn) 稱(chēng)為端線(xiàn)或相線(xiàn) 俗稱(chēng)火線(xiàn) 就構(gòu)成了三相電源的星形連接 稱(chēng)為三相三線(xiàn)制 如果將中性點(diǎn)N也引出一根線(xiàn) 稱(chēng)為中線(xiàn) 或零線(xiàn) 與三根端線(xiàn)共同構(gòu)成星形連接 則稱(chēng)為三相四線(xiàn)制 3 1三相交流電源 3 1 2三相電源的連接 9 圖3 3三相電源的星形連接 3 1三相交流電源 10 根據(jù) 可得線(xiàn)電壓與相電壓的關(guān)系為 uUV uU uVuVW uV uWuWU uW uU 3 2 用相量表示為 相電壓 線(xiàn)電壓的相量圖如圖3 4所示 由于eU eV eW是對(duì)稱(chēng)的 所以相電壓 線(xiàn)電壓也是對(duì)稱(chēng)的 線(xiàn)電壓在相位上超前相應(yīng)兩個(gè)相電壓中的先行相30 如uUV超前uU30 線(xiàn)電壓的有效值是相電壓的有效值的倍 記作 3 3 3 1三相交流電源 11 可見(jiàn) 采用三相四線(xiàn)制 可供給用戶(hù)兩種不同的電壓 這種連接常用于低壓供電系統(tǒng)中 其相電壓為220V 線(xiàn)電壓為220V 即380V 習(xí)慣上寫(xiě)成380 220V 在三相供電線(xiàn)路中 電源的額定電壓 一般都是指線(xiàn)電壓的有效值 圖3 4三相電源星形連接的相量圖 3 1三相交流電源 12 3 1 2 2三角形連接如圖3 5所示 將電源的三相繞組的始 末端依次相連接 再?gòu)娜齻€(gè)連接點(diǎn)引出三根端線(xiàn) 這就是三相電源的三角形連接 三相電源作三角形連接時(shí) 線(xiàn)電壓等于相電壓 即 UL UP 3 5 發(fā)電機(jī)繞組很少用三角形接法 但作為三相電源用的三相變壓器繞組 星形和三角形兩種接法都會(huì)用到 圖3 5三相電源的三角形連接 3 1三相交流電源 13 交流電路中的用電設(shè)備可以分為兩大類(lèi) 一類(lèi)是需接在三相電源上才能正常工作的三相用電設(shè)備 叫三相負(fù)載 例如三相異步電動(dòng)機(jī) 這類(lèi)負(fù)載多為對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載 即每相負(fù)載的阻抗值和阻抗角相等 另一類(lèi)是只需接在單相電源上的單相用電設(shè)備 叫單相負(fù)載 例如照明燈 電風(fēng)扇等 它們可以按照需要接在三相電源的任一相電壓或線(xiàn)電壓上 由單相負(fù)載所組成的三相負(fù)載 由于各相負(fù)載的阻抗值和阻抗角都不一定相等 因此 一般是不對(duì)稱(chēng)的三相負(fù)載 與三相電源一樣 三相負(fù)載的連接方式 也有星形 Y 和三角形 兩種 3 2三相負(fù)載的連接 3 2三相負(fù)載的連接 14 三相電源一般是對(duì)稱(chēng)的 負(fù)載接入電源時(shí)要遵循兩個(gè)原則 電源電壓應(yīng)與負(fù)載的額定電壓一致 全部負(fù)載要均勻地分配給三相電源 三相負(fù)載作星形連接時(shí) 如果負(fù)載不對(duì)稱(chēng) 一定要接成三相四線(xiàn)制 如圖3 6所示 圖中三相負(fù)載Zu Zv Zw分別接于電源各端線(xiàn)與中線(xiàn)之間 三相負(fù)載的公共點(diǎn)用N 表示 稱(chēng)為負(fù)載中點(diǎn) N 與電源中點(diǎn)N的連線(xiàn)稱(chēng)為中線(xiàn) 3 2 1三相負(fù)載的星形連接 圖3 6負(fù)載的星形連接 3 2三相負(fù)載的連接 15 3 2三相負(fù)載的連接 16 3 6 3 2三相負(fù)載的連接 17 負(fù)載星形聯(lián)接時(shí) 相量圖如圖3 7所示 圖3 7負(fù)載星形連接時(shí)的相量圖 a 負(fù)載不對(duì)稱(chēng) b 負(fù)載對(duì)稱(chēng) 3 2三相負(fù)載的連接 18 圖3 8 3 2三相負(fù)載的連接 19 圖3 8例3 1的圖 圖3 9例3 1的相量圖 3 2三相負(fù)載的連接 20 將三相負(fù)載Zuv Zvw Zwu接成三角形后與電源相連 如圖3 10所示 就構(gòu)成三角形連接的三相三線(xiàn)制電路 負(fù)載作三角形連接時(shí) 電路具有以下特點(diǎn) 由于各相負(fù)載分別接在電源的兩根端線(xiàn)之間 所以負(fù)載的相電壓等于電源的線(xiàn)電壓 3 2 2三相負(fù)載的三角形連接 圖3 10負(fù)載的三角形連接 3 2三相負(fù)載的連接 21 各相電流可以由三個(gè)單相電路分別計(jì)算 得 各相負(fù)載的相電壓與相電流的相位差等于各相負(fù)載的阻抗角 如果負(fù)載對(duì)稱(chēng) 則流過(guò)對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載的相電流也是對(duì)稱(chēng)的 此時(shí) 只要計(jì)算其中一相即可 3 8 3 2三相負(fù)載的連接 22 負(fù)載三角形連接時(shí)相量圖如圖3 11所示 圖3 11負(fù)載三角形聯(lián)接時(shí)的相量圖 a 負(fù)載不對(duì)稱(chēng) b 負(fù)載對(duì)稱(chēng) 3 2三相負(fù)載的連接 23 在三相交流電路中 無(wú)論負(fù)載采取什么樣的連接方式 三相負(fù)載消耗的總有功功率等于各相負(fù)載消耗的有功功率之和 總無(wú)功功率都等于各相負(fù)載無(wú)功功率之和 負(fù)載作Y連接時(shí) 3 3三相電路的功率 3 3三相電路的功率 24 負(fù)載作 連接時(shí) 上述式中 電壓 電流和功率因數(shù)分別為各相負(fù)載上的相電壓 相電流與功率因數(shù) 負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí) 由于每相負(fù)載的相電壓 相電流與功率因數(shù)大小相等 上述式子可簡(jiǎn)寫(xiě)為 3 10 3 11 3 12 3 3三相電路的功率 25 由于對(duì)稱(chēng)負(fù)載Y聯(lián)接時(shí) 負(fù)載 聯(lián)接時(shí) 因此 不論對(duì)稱(chēng)負(fù)載是Y形還是 形聯(lián)接 將上述關(guān)系代入式 3 10 式 3 11 和式 3 12 均可得到 采用需要系數(shù)法進(jìn)行電力負(fù)荷計(jì)算時(shí) 課題2中的公式 2 41 2 43 不變 公式 2 44 改為 3 16 3 15 3 14 3 13 3 3三相電路的功率 26 式中 視在計(jì)算負(fù)荷 單位為VA 計(jì)算電流 單位為A 額定線(xiàn)電壓 一般無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)是380V 單相用電設(shè)備接在三相線(xiàn)路上 應(yīng)盡可能地均衡分配 使三相負(fù)荷盡可能平衡 對(duì)于接在三相線(xiàn)路的相電壓的單相用電設(shè)備 均勻分配時(shí) 就以任一相有功計(jì)算負(fù)荷的三倍作為三相有功計(jì)算負(fù)荷 非均勻分配時(shí) 則以最大有功負(fù)荷相的有功計(jì)算負(fù)荷的三倍作為三相有功計(jì)算負(fù)荷 例3 2有一三相電動(dòng)機(jī) 每相定子繞組的R 6 XL 8 電源電壓為380V 試求電動(dòng)機(jī)作星形連接和三角形連接時(shí)的總的有功功率 無(wú)功功率 視在功率 3 3三相電路的功率 27 3 3三相電路的功率 28 本章小結(jié)三相交流電源的三相電壓是對(duì)稱(chēng)的 即大小相等 頻率相同 相位互差120 三相交流電源一般接成星形 可以三相四線(xiàn)制供電 也可以三相三線(xiàn)制供電 在三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)中 線(xiàn)電壓是相電壓的倍 且在相位上超前于相應(yīng)兩個(gè)相電壓中的先行相30 三相負(fù)載可以接成星形或三角形 由電源電壓的數(shù)值和負(fù)載的額定電壓來(lái)決定 單相負(fù)載的額定電壓大多等于電源的相電壓 應(yīng)該接在端線(xiàn)與中線(xiàn)之間 三相電路中接入單相負(fù)載后一般是不對(duì)稱(chēng)的 因此必須有中線(xiàn) 小結(jié) 29 三相對(duì)稱(chēng)電路的計(jì)算可歸結(jié)到一相進(jìn)行 在求得一相的電壓和電流后 再根據(jù)對(duì)稱(chēng)關(guān)系得出其他兩相的結(jié)果 計(jì)算三相對(duì)稱(chēng)電路時(shí)要注意 星形連接時(shí) 三角形連接時(shí) 三相對(duì)稱(chēng)電路的功率 式中是相電壓與相電流的相位差角 亦即每相負(fù)載的阻抗角或功率因數(shù)角 小結(jié)