第6章三相电路

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1、第6章 三相电路,本章内容,三相正弦交流电的基本概念 对称三相电源 三相负载联结 三相电路的功率 三相异步电动机的应用 安全用电常识,重点和难点,对称三相电源 三相负载的联结及特性 三相电路的分析与计算 三相异步电动机的使用方式,任务模块：教学楼配电系统,1教学楼配电系统电路 教学楼配电系统电路由三相正弦交流电源G、三相四线制的供电方式、三个单相负载L1、L2、L3和三相电动机M组成。,2工作原理 三相发电机G产生三相对称电源，供电系统采用频率50Hz、电压380/220V的三相四线制供电方式；380V三相电源直接接三相电动机M作为工矿企业的动力电；三相电源被分成三个单相220V交流电，分别供

2、给三组负载，如照明和家用电器电源使用。,一、三相发电机产生三相交流电,.1 三相交流电压,三相正弦电压源由三相交流发电机的三相绕组产生。,二、三相对称电压：三相交流发电机产生三个频率相同，幅值相等，相位依次相差120的一组正弦电压。,解 析 式,相量 式,三、相序,从计时起点开始三相交流电依次出现正幅值（或零值）的顺序称为相序。,对称三相电压的瞬时值之和或相量之和为零,一、三相电源 1、 三相电源的星形（）联结,将三个电压源的末端相连，再从三个首端引出三根端线U、 V、 W，构成Y形连接，如图a 。,6.2 三相电路,三相四线制供电, 相电压：相线与中线间的电压。, 线电压：相线间的电压。,线

3、电压和相电压的关系,同理：,在我国低压配电系统中,规定相电压为220V,线电压为380V.,结论：当三个相电压对称时，三个线电压有效值相等且为相电压的 倍,相位上，线电压比相应的相电压超前30即.,三相三线制，无中线，提供一组电压。,例6-1 星形联结的对称三相电源，已知 ，试写出 的表达式。 解：,三角形联结，是把三相电源的始端与末端顺次连成一个闭合回路，再从两两的连接点引出端线。,2、三相电源的三角形（）连接,三角形联结时，不能将某相接反，否则三相电源回路内的电压达到相电压的2倍，导致电流过大，烧坏电源绕组，在大容量的三相交流发电机中很少采用三角形联结。,注意：,各相负载承受的是对称电源相

4、电压，如果ZN=0，则,可见，线电压是相电压的 倍，即= ，且线电压超前于相应的相电压300。,二、三相负载的联结,1.三相负载星形联结,=,线电流等于相电流，即,各相负载电流可分成三个单相电路分别计算,如果三相负载对称，即：ZU=ZV=ZW=ZP，由于三相电源电压对称， 故可归结到一相来计算，即,各相电流也对称，使得中线电流等于零，即,根据KCL得中线电流 与线电流间的关系:,对称三相电路电压、电流的相量图,可见，对称三相电路，只需取一相计算，其余两相的电压、电流可根据对称性写出来。,例如取出U相计算，可画出下图,由此可知，对于对称三相电路，有无中线并不影响电路，去掉中性线，电路成为三相三线

5、制。,说明：高压输电系统采用三相三线制供电；低压配电系统中采用三相四线制供电。, 中线的作用： 星形联结的不对称三相负载电路必须要有中性线，中性线的作用在于保证负载的相电压仍然对称，即都等于额定电压220V。另外，规定中性线内不能接入熔断器或刀开关，而且还要经常定期检查、维修，预防事故发生。,一般情况线电压 为已知，然后根据电压和负载求电流。,负载的星形联结解题思路,已知UL=380V，则,设 ，则U相电流为,因为负载是星形联结，所以线电流等于相电流，即,例6-2 某对称三相负载，每相负载为 ，接成三相四线制星形联结，电源线电压有效值为380V，如图示，求负载电压、线电流、相电流和中线电流。,

6、根据对称性可知,中性线电流,例6-3 对称三相电源线电压为380V，向一组负载供电，三相负载 ， ， 为三相四线制 Y联结。求：（1）各相电流及中线电流；（2）若U相负载断开，求负载各相电流。（3）若U相负载短路，再求负载各相电流。,设,（1）由于 负载各相电压等于电源相电压并且对称。,则,中性线电流：,（2）若U相负载断开，如图（a ）则由于三相四线制中性线的作用，使得V相、W相的相电压为额定电压220V，仍能正常工作，仍有,（a）,(3)若U相负载短路，如图(b)所示，则：U相上的熔断器将迅速熔断而起短路保护作用，使得V相、W相承受的相电压仍然为额定电压220V，仍能正常工作，仍有,结论：

7、不论U相是断路或是短路，由于中性线的作用，其余两相仍能正常工作。,（b）,三相负载三角形联结时，相电压与相应线电压相等,2.三相负载的三角形（）联结,数值上,但此时的相电流与线电流不同，各相负载的相电流为,当负载对称时，则有,显然，这时电路计算也可归结到一相来进行。即,线电流和相电流的关系,同理：,结论：当三个相电流对称时，三个线电流有效值相等且为相电流的 倍,相位上，线电流比相应的相电流滞后30即.,负载的三角形联结解题思路,一般情况线电压 为已知，然后根据电压和负载求电流。,设 ，则相电流为,故线电流为,由对称性可知,3. 三相功率,不论负载是星形联结或是三角形联结，三相电路总的有功功率和

8、无功功率为,总的视在功率为,但是,当负载对称时，三相总功率为,为相电压与相电流之间的 相位差或负载的阻抗角,或,同理可得出对称三相电路无功功率及视在功率,注:因为线电压及线电流容易测得，而且 三相设备铭牌标的也是线电压和线电流。 所以功率多由线电压和线电流算得。,三相电路的瞬时功率为,在对称三相电路中,U相负载的瞬时功率为,同理可得,由于,所以,例如，作为对称三相负载的三相电动机通入对称的三相交流电后，由于瞬时功率是个常数，所以每个瞬时转矩也是常数，电动机的运行是稳定的，这是三相电动机的一大优点。,对称三相电路的特点： 瞬时功率就等于有功功率且为常数。,例6-5： 一台三相异步电动机，输出功率

9、为7.5kW。接在线电压为380V的线路中，功率因数为0.86，效率为86%。试求正常运行时的线电流。,则：,解 三相异步电动机是对称三相负载， 输出功率为：,（1）负载为三角形联结时，每相负载的,相电压,相电流,线电流,阻抗,例6-6 有一个对称三相负载，每相的电阻 ， 容抗 接在线电压为380V的三相对称电源上， 分别计算下面两种情况下负载的有功功率，并比较 其结果。（1）负载为三角形联结；（2）负载为星 形联结。,有功功率,功率因数,相电流,有功功率,相电压,（2）负载为星形联结时,同理可得：,1.结构：定子、转子、气隙等。,6.3 三相异步电动机,一.三相异步电动机的结构及工作原理,定

10、子绕组的接法,定子部分,定子作用： 产生旋转磁场； 组成： 外壳、铁心、绕组。 定子绕组： 三相绕组对称。线圈由绝缘铜导线绕制。绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端标为U1, V1, W1 ，末端标为U2, V2, W2 。排列如图，可以接成星形（a）或三角形(b)。,转子部分,（1）转子铁心 由薄硅钢片叠成，是磁路的一部分，也用来安放转子绕组。 （2）转子绕组 绕线形和笼形两种。 （3）转子的作用是输出机械转矩,1集电环；2电刷；3变阻器,其他部分 包括端盖、风扇和气隙等。,（a）铜排转子 （b）铸铝转子,2. 工作原理,（1）旋转磁场的产生,三相交流电流波形图,旋转磁场的转速n1，定子电流

11、频率f及磁极对之间的关系：,三相交流电通入定子绕组后，形成一个旋转磁场，旋转磁场的磁力线被转子导体切割，则转子产生感应电动势，由于转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。流过电流的转子导体在磁场中受电磁力作用，对转轴形成电磁转矩。 何谓“异步”： 且,（2）三相电动机的转动原理,（3）转差率 即n1与n之差与n1之比称为转差率s，即,。,3.三相异步电动机的铭牌,二.三相异步电动机的运行与控制,起动过程：三相异步电动机接入电网开始转动，到达额定转速这一段过程。 特点：在起动的瞬间，由于转子绕组电流通常可达到额定值的47倍，使电压损失过大而无法启动、发热导致绝缘老化、保护装置误动作、造成电网电压

12、波动影响其它设备正常使用。 要求：在保证一定大小的起动转矩的前提下，限制启动电流在允许的范围内。,1.三相异步电动机的起动,鼠笼式异步电动机的起动,（1）直接起动 直接起动的优点是所需设备少，起动方式简单，成本低，是小型笼形异步电动机主要采用的起动方法，,直接启动,（2）降压起动,起动过程中降低电压，起动结束后，恢复到额定值。该法能降低起动电流，但起动转矩也减小很多，一般只适用于空载或轻载起动。 定子串电阻或电抗器降压起动 起动时，定子串电阻或电抗器，减少电压和起动电流 优点：不受定子绕组接法形式的限制。缺点：设备体积大，能耗大，已较少采用。,定子串电阻或 电抗器降压启动, Y/降压启动,对接

13、的电动机，起动时改为Y接，可将电压降为正常运行的1/ 倍。当转速升高到接近额定值时再换接成三角形。,Y/D降压启动,定子串自耦变压器降压起动,用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机定子绕组端，达到减小起动电流的目的。,定子串自耦变压器 降压起动,2.三相异步电动机的制动,（1）能耗制动 制动原理：制动时断开KM1，同时迅速将KM2接通，桥式整流产生直流电源接入定子绕组中。断交送直产生恒定磁场，转子切割恒定磁场产生感应电流，转子受力方向与原转速方向相反，产生制动转矩。,能耗制动结构图,原理图,（2）反接制动,电源两相反接的反接制动： 在电动机停车时，将电动机与电源相连的三相电源中的任意两相对调

14、，使作用在转子上的电磁转矩与电动机转子的运动方向相反，起到制动作用。 当转速接近零时，利用某种控制电器将电源自动切断，使电动机停转。,电源两相反接制动,3三相异步电动机的调速,转速公式： 调速方法：改变电动机的磁极对数；改变电动机的电源频率f1；改变电动机的转差率s。,（1）变极调速,通过改变电动机定子绕组的接线，改变电动机的磁极对数，从而达到调速的目的。变极调速方法一般适于笼型异步电动机。 特点：变极调速时电动机的转速是成倍的变化，调速的平滑性差，但是稳定性较好，特别是低速启动转矩大。,变极调速,（2）变频调速,通过变频器，把频率为50Hz的三相交流电源变换成频率和电压均可调节的三相交流电源

15、，供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。 优点：调速范围宽，稳定性好，平滑性好能实现无级调速，能适应各种负载，效率较高，但它需要一套专门的变频电源，控制系统较复杂，成本较高。,（3）改变转差率调速,通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率，从而实现平滑调速，又称为变阻调速。 优点：方法简单，设备投资不高，工作可靠。 缺点：调速范围不大，稳定较差，平滑性较差，能耗大。在对调速性能要求不高的地方得到广泛的应用，如运输、起重设备等。,4.三相异步电动机控制电路实例,要实现电动机的正反转，只要将接至电动机三相电源进线中的任意两相对调接线，即可达到反转的目的。 以接触器联锁的正反转控制电路为例。,电动机接触器联锁的正反转控制线路,（1）正转控制 KM1联锁触头断开，使线圈KM2 不能得电 合上QF按SB2KM1线圈获电 KM1主触头闭合电动机M运转 KM1自锁触头闭合，保证电动机 M继续运转 （2）反转控制 KM1联锁触头闭合（为反转作准备） 先按SB1KM1线圈断电 KM1主触头断开电动机M断电停止 KM1自锁触头断开 KM2联锁触头断开, 使线圈KM1不能得电 再按SB3KM2线圈获电 KM2主触头闭合电动机M反转 KM2自锁触头闭合，保证电动机