《电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第十一章三相正弦交流电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术与技能实训 教学课件 ppt 作者 谭维瑜 第十一章三相正弦交流电路（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 三 相 正 弦 交 流 电 路,【教学要求】 1）了解三相正弦电对称电源的概念；了解三相正弦电对称电源的优点及产生原理；理解相序概念。 2）了解电源星形联结的特点；能绘制其电压矢量图。了解电源三角形联结的特点。 3）了解星形联结方式下三相对称负载线电流、相电流和中性线电流的关系；了解对称负载与不对称负载概念, 以及中性线的作用；了解对称三相电路功率的概念与计算。,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,11.1.1 三相正弦交流电具有的优点 现在应用的交流电,几乎全是由三相正弦交流发电机和配电线路输送的。 三相正弦交流电在工业上应用最为广泛工业上用的大多是三相交流电动机。 生活上用
2、的单相交流电是取自三相交流电当中的一相。,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,三相交流电之所以广泛应用, 是因为它比单相交流电,具有以下的主要优点： 1）制造三相发电机和三相变压器比制造单相的要省材料。 2）在输电距离、输送功率,负载的线电压,负载的功率因数、输电损耗以及输电线材料等方面,在相同的条件下,用三相输电线的金属用量仅为用单相输电时的75%。 3）三相电能产生旋转磁场, 从而能制成结构简单、性能良好的三相异步电动机。 4）有星形和三角形两种联结方式,提供线电压和相电压两种电压,提供线电流和相电流两种电流。,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,11. 1 .2 对称三相正弦
3、交流电的产生 1.三相正弦交流电的产生 1)三相正弦交流电由三个幅值相等, 频率相同, 相位互差120的单相正弦交流电按一定方式组合所构成的。 2)由三相正弦交流电源供电的电路, 称为三相正弦交流电路, 简称三相电路。 3)三相正弦交流电产生的原理与单相交流电的产生原理都是利用电磁感应。 4)三相正弦交流电由三相正弦发电机产生。其结构与单相交流发电机基本相似,由定子和转子组成。,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,定子产生磁场(用永久磁铁或电磁铁),固定在电机机壳上不动,故称为“定子”。 选择合适的定子磁极极面形状和励磁绕组的分布情况,可使空气隙中的磁感应线按正弦规律分布。 其转子铁心中
4、嵌入三个形状、尺寸和匝数完全相同, 空间位置彼此相隔1200的对称绕组,以同一转速旋转,割切磁力线,在三相绕组中,分别产生三个相位互差1200的对称的感应电动势eU、eV、eW。图11-1是对称三相电动势的图形。,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,2.三相正弦交流电源 1)由图11-1可见,三相正弦交流电的电动势其解析式为： eU=EmsintV eV=Emsin(t-1200)V eW=Emsin(t+120)V 上式中Em=E。 而U+V+W=0 其相量式为： U=E00 V=E-1200 W=E1200,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,2)同理各相电流i的解析式为： i
5、U=ImsintA iV=Imsin(t120)A iW=Imsin(t+120)A 上式中Im=I 。 而 。 其相量式为：,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,3)同理各相电压u的解析式为 UU=UmsintV uV=Umsin(t120)V uW=Umsin(t+120)V 式中，Um=U ， 而 。 其相量式为：,11.1 三 相 正 弦 交 流 电 源,11.1.3 三相交流电源的“对称”和“相序” 1）若三相电源的最大值相等、频率相同、相位互差1200, 即称为“对称”电源。 2）三相电源的对称性,是由三相绕组对称结构所保证的。 3）三相对称正弦量的三个电动势(或电流、电压)
6、到达最大值 (或零值) 的先后次序叫做相序。 一般的可任选一个先达到最大值 (或零值)的叫做U相。在图11-1中的相序是U-V-W, 这种相序称为“正序”。另一种是U相比V相滞后1200(即超前2400), V相比W相滞后1200, W相比U相滞后1200, 相序为V-W-U,这种相序叫“负序”。 4）三相异步电动机利用将任意两相序的次序对换,例如原为U-V-W,改为V-U-W,来改变其转向。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,11.2.1 三相交流电源的星形联结 1）三相交流电源中的每一相都可以作为一个独立电源供电, 则每相需要两根供电线, 三相共需六根。 实际上三相电源
7、是按一定方式联接后, 向负载供电的。通常有星形Y联接和三角形联接两种联接方式, 只需用三根或四根供电线。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,2）三相电源星形联结可分为：三相三线制和三相四线制两种。如图11-2所示的是三相四线制。从三个绕组的始端U1、V1、W1, 分别引出与外部相联的导线称为端线或相线俗称火线,分别用L1、L2、L3表示。 3）U2、V2、W2为三个绕组的末端连在一起, 成为一个公共点N,称为中性点。 从中性点引出的输电线称为中性线。接地的中性点称为零点,中性线就称为零线, 这种措施称为“保护接零”。 4）有中线的三相星形联结电路,称为三相四线制电路,记作Y
8、0。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,11.2.2 电源星形联结的线电压和相电压 三相四线制电路对外输出两种电压：线电压和相电压。 图11-3是星形联结三相电源线电压与相电压的相量图。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,1.线电压 相线 (火线) 之间的电压, 称为线电压, 用uUV 、uVW 、uWU表示 (下标表示一定的顺序) , 由于电路对称, 三个线电压的有效值是相等的, 记作U线或UL。 2.相电压 每相绕组的始端与末端之间的电压,即每相绕组两端的电压,也即是火线与中线之间的电压,称为相电压, 用uU、uV、uW 表示, 由于电路对称, 三个
9、相电压的有效值是相等的, 记作U相或UP。 三相电源相电压u的瞬时值表达式为： V V V,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,3.相电压与线电压的相互关系 1)由图11-3, 根据KVL,相电压与线电压有以下关系：,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,2)由图11-3可见, 电压UU, -UV和UUV构成一个等腰三角形, 它的顶角是120, 两底角是300,从顶角向底边作垂线, 将底边平分为二, 得到两个相等的直角三角形, 于是可得： 同理 , 。 由于三相对称, 一般记为 。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,3)由图11-3及以上各
10、式表明, 三个线电压有效值是相等的, 线电压是相电压倍,相位上分别超前于相应的相电压300, 各个线电压之间相位差是1200,所以三个线电压也是对称的,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,11.2.3 电源的三相三线制联结 图11-4 电源的三相三线制联结 1）三相电源星形Y联结时, 如果没有中性线, 则是三相三线线制, 这种电路称为三相三线制电路,记作Y。 2）这时, 对外供电只有线电压UL, 而没有相电压UP。 3）三相三线制电路在工业上应用非常广泛, 但所带的必须是三相对称的负载。,11. 2三 相 正 弦 交 流 电 源 的 联 结,11.2.4 三相交流电源的三角形
11、联结 图11-5是三相交流电源的三角形联结图。这时线电压就是相电压。 图11-5 三相交流电源的三角形联接图,11.3 三 相 负 载 的 联 结,11.3.1 三相对称负载星形联结 1.三相负载的联结 1)三相负载是指需要三相电源供电的负载。 2)三相电路中,电源是对称的,如果每相负载的电阻或电抗相等,这样的负载称为三相对称负载。如果每相负载的电阻或电抗不相等, 则是不对称负载。 3)三相负载如何联结应视负载的额定电压而定。为使负载的额定电压与电源电压相等, 三相负载有两种联结方式：如负载的额定电压是220V, 采用星形(Y)联结；如负载的额定电压是380V, 采用三角形()联结。 照明负载
12、一般接成具有中线的星形(Y0)联结。,11.3 三 相 负 载 的 联 结,2.三相负载星形联结 图11-6 三相负载星形联结 图11-6所示是三相四线制电路中负载的星形接法, 其线电压为380V, 相电压为220V。,11.3 三 相 负 载 的 联 结,3.三相四线制电路的特点 我们用图11-6的电路来分析三相四线制电路中的电流、电压、阻抗的关系。每相负载的阻抗分别为ZU、ZV、ZW, 电压和电流的参考方向已在图中标出。三相四线制电路的特点： 1）三相电路中, 每相负载中的电流称为相电流IP,每根火线上的电流称为线电流IL。显然, 相电流即为线电流, 即IP=IL。 2）如果略去联接导线上
13、的电压降, 则负载上的线电压与电源的线电压相等。如果中线的阻抗也略去不计, 则负载中点N的电位与电源中点N的电位相同, 负载的相电压与所对应的电源的相电压也相等。负载上的相电压与线电压之间的关系, 也就是三相电源相电压与线电压之间的关系, 即 。,11.3 三 相 负 载 的 联 结,3）对三相电路应该一相一相计算。 每相负载的相电流的有效值, 可根据欧姆定律求出, 由图11-7得各相负载的相电流： , ，,11.3 三 相 负 载 的 联 结,4）因此, 由KCL得中性线电流 ： 这时如果取消中线也不会影响电路的正常工作。为保证中性线的作用,中性线不能安装熔体及开关,以防其断开。 图11-7
14、 对称三相电流相量,11.3 三 相 负 载 的 联 结,4.负载三相三线制联结 三相对称负载,如果去掉中线, 就成为三相三线制电路, 如图11-8所示。高压输电及在工业上应用极为广泛(工业上的负载一般都是对称的), 并不影响电路的运行。 图11-8 三相三线制电路,11.3 三 相 负 载 的 联 结,11.3.2对称负载在星形联结时的注意事项 1.星形联结时中线的作用 1)若三相负载不对称, 则中线电流不等于零, 中线就不能去掉。 2)只有当中线存在时, 各相负载(不论是否对称)的相电压能等于电源的相电压。 3)当中线去掉后, 不对称负载的相电压就不相等, 阻抗较小的相电压减小, 阻抗较大
15、的相电压增大, 将使连结在电压增大的这相的用电器烧毁。因此, 在任何时候中线上不能装保险装置或断开。,11.3 三 相 负 载 的 联 结,2.负载在星形联结中如何联结 1)通常照明灯(单相负载)的额定电压是220V, 因此要取电源的相电压, 接在火线与中线之间。照明负载是大量使用的, 不能集中在一相电路中, 应当比较均匀地分配到各相中, 使各相负载尽可能平衡。 2)三相电动机(三相负载)的额定电压通常是380V, 它的三根接线端总是与电源的三根火线相联, 取得电源的线电压。 3)电动机本身的三相绕组也可以联成星形或三角形。它的联结方法在名牌上标出, 例如380V星形接法或220V三角形接法。 4)如负载的额定电压不等于电源电压, 则需用变压器将电源电压变换到所需要的额定电压。 5)通常所讲的380伏电压和220伏电压, 分别指电源星形Y0联结时的线电压和相电压的有效值,11.3 三 相 负 载 的 联 结,3.负载不对称时中线的作用 1)若三相负载不对称, 则中线电流不等于零, 中线更不能去掉。 2)只有当中线存在时, 各相负载相电压才能等于电源的相电压。
