电工电子技术与技能06三相正弦交流电路

1PART ONE任务一 认识三相正弦交流电源任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源概述概述像工厂这样需要安装大功率用电设备的地方，广泛采用的是三相正弦交流电。从电力生产的角度来看，生产三相正弦交流电所用的发电机与生产单相正弦交流电发电机相比，有体积小、输出功率大、结构简单、维修方便及运转平稳等优点。从电力输送的角度来看，三相电源线路比单相电源线路经济可靠。本章，我们就认识一下三相正弦交流电。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生由前文可知，正弦交流电是依据电磁感应原理，使线圈在磁场中转动从而产生交流电动势的。单相交流发电机由一组绕组组成，如果三组相同的线圈绕组按照彼此独立且对称的方式排列，就构成了三相交流发电机。三相交流电就是由三相交流发电机产生的。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生如图所示为三相交流发电机的外形图。三相交流发电机的内部由定子和转子组成。定子有三个结构相同的绕组，这三个绕组的起始端在空间位置上彼此相差120，分别用U1-U2，V1-V2和W1-W2来表示。每一个绕组为发电机的一相，分别称为U相、V相和W相，如图所示。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生当带有磁极的转子在外力作用下以角速度匀速旋转时，三个绕组便做切割磁感线运动而产生相位不同的感应电动势eU，eV和eW，并且这三个感应电动势频率相同、最大值相等、相位彼此相差120，称为三相电动势，供给三相电动势的电源称为三相电源。三相电动势的瞬时值表达式分别为（6-1）（6-2）（6-3）任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生如果以eU为参考正弦量，则三相对称电动势波形、矢量图如图所示。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生三相交流电随时间按正弦规律变化，它们到达最大值的先后顺序称为相序。由矢量图图可知，当转子按顺时针方向旋转时，三相绕组也按顺时针的次序到达最大值，即它们的相序是UVWU，这种情况称为正序或顺序；当转子按逆时针方向旋转时，三相绕组会按逆时针的次序到达最大值，即相序变成了UWVU，这时称为负序或逆序。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源二、三相正弦交流电的供电方式二、三相正弦交流电的供电方式三相电源有两种供电方式：三相四线制和三相三线制，在低压供电系统中常采用三相四线制供电，如图所示。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源二、三相正弦交流电的供电方式二、三相正弦交流电的供电方式将三相交流发电机三相绕组的末端U2，V2，W2连接成一个公共端点，这个公共端点称为中性点，从中性点引出的输电线称为中性线，用字母N表示。从绕组首端U1，V1，W1引出的三根导线称为相线，用L1，L2，L3表示，在工程中常用黄、绿、红三种颜色线来区分。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源二、三相正弦交流电的供电方式二、三相正弦交流电的供电方式各相线与中性线之间的电压称为相电压，用UU，UV，UW表示；相线与相线之间的电压称为线电压，用UUV，UVW，UWU表示。通常用UP表示相电压，用UL表示线电压。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源一、三相正弦交流电的产生一、三相正弦交流电的产生在三相四线制供电系统中，三个相电压和三个线电压均为对称电压，线电压的大小为相电压的倍，即（6-4）任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源二、三相正弦交流电的供电方式二、三相正弦交流电的供电方式在我国低压三相四线制供电系统中，电源相电压的有效值为220V，线电压的有效值为380V。任务一任务一 认识三相正弦交流电源认识三相正弦交流电源课堂实践课堂实践 参观变电站或配电房参观变电站或配电房在实训老师的指导下参观学校周围的变电站或配电房，参观时注意观察变电站或配电房的进线与出线，实际观察三相正弦交流电的供电方式。在参观时禁止触摸仪器设备，并在实训老师的安排下有序参观，禁止在设备附近追逐打闹。2PART TWO任务二 认识三相负载的连接方式任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式概述概述家中的电视、电脑、电冰箱等电器使用的都是单相交流电，此类负载称为单相负载，它们接在三相电源的任意一相上都可以工作。但是工厂里常见到的三相异步电机等高功率的设备则必须接在三相电源上才能工作，此类负载称为三相负载。三相负载可分为两种：各负载的大小和性质完全相同的称为对称三相负载，否则就称为不对称三相负载。三相负载的连接方式有星形连接（用符号“Y”表示）和三角形连接（用符号“”表示）两种。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接1星形连接的方式星形连接的方式将各个负载的末端U2，V2，W2连接在一起接到三相电源的中性线上，再把各相负载的首端U1，V1，W1接在三相交流电源的3根相线上，这种连接的方法称为三相负载的星形连接。三相负载星形连接的原理图如图所示，实际电路图如图所示。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接2星形连接的电路计算星形连接的电路计算当负载作星形连接并具有中性线时，各负载两端的电压称为负载的相电压，用UYP表示。假设电线的电阻忽略不计，则负载的相电压等于电源的相电压，即（6-5）电源的线电压与负载的相电压的关系为（6-6）任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接当负载作星形连接时，流过各负载的电流称为相电流，用IU，IV，IW表示，也可以用IP表示。流过每根相线的电流称为线电流，用Iu，Iv，Iw表示，也可以用IL表示。由于每一项负载都串联在电路上，所以各线电流等于相电流，即IU=Iu,IV=Iv,IW=Iw，或IL=IP（6-7）任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接对于三相对称负载，在对称三相电源的作用下，三相对称负载的中性线电流等于零，因此中性线可以不接，即对称星形连接负载可以采用三相三线制供电线路，如图所示。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接对于不对称负载则必须要加中性线，如居住区内各家各户的用电器不同，用电时间也不同，就是典型的不对称负载。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接中性线是三相电路的公共回线，它能保证三相负载成为三个互不影响的独立回路，并能保证负载电压的对称，防止事故发生。若无中性线，则可能因为某一相的电压过低，设备不能正常工作；或者某一相的电压过高，烧毁接在该相的设备。因此，中性线必须安装牢固，且其上不允许安装熔断器和开关等。通常中性线还需要接地，使它和大地电位相同，以保证安全。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接1三角形连接的方式把三相负载分别接到交流电源的每两根相线之间的接法称为三角形连接。三相负载三角形连接的原理图如图所示，实际电路图如图所示。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接2三角形连接的电路三角形连接的电路计算计算在三角形连接中，由于各相负载是接在两根相线之间的，因此，各负载的相电压UP等于电源的线电压UL，即（6-8）由于三相电源是对称的，所以流过对称负载的各相电流也是对称的，各相电流的有效值为任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接采用矢量表示可以求出线电流与相电流之间的关系，用公式表示为（6-9）任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式三、三相交流电路的功率三、三相交流电路的功率在三相交流电路中，负载不论采用哪种连接方式，其消耗的总功率都等于各负载消耗的功率之和，用公式表示为（6-10）任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接当三相负载对称时，因为则（6-11）式中：P三相负载总有功功率；UP负载的相电压；IP流过负载的电流；P负载相电压与电流之间的相位差。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接由式（6-11）可知，对称三相电路总有功功率为一相有功功率的3倍。但是在实际工作中，测量线电压和线电流比较方便，所以总有功功率也可由下式计算(6-12)任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接例6-1有一三相对称负载，每相负载的电阻为3，感抗为4，电源线电压为380V，求在星形连接和三角形连接下，负载的三相电功率各是多少？解每相绕组的阻抗为（1）星形连接时，由式（6-6）可得负载的相电压任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接例6-1有一三相对称负载，每相负载的电阻为3，感抗为4，电源线电压为380V，求在星形连接和三角形连接下，负载的三相电功率各是多少？所以，流过负载的相电流为由式（5-33）可得负载的功率因数为任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接例6-1有一三相对称负载，每相负载的电阻为3，感抗为4，电源线电压为380V，求在星形连接和三角形连接下，负载的三相电功率各是多少？式（6-11）可得星形连接时三相总有功功率为（2）三角形连接时，负载相电压等于电源线电压，即任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接例6-1有一三相对称负载，每相负载的电阻为3，感抗为4，电源线电压为380V，求在星形连接和三角形连接下，负载的三相电功率各是多少？负载的相电流为由式（6-11）可得三角形连接时三相总有功功率为任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接通过例题我们发现，三相负载消耗的功率与负载连接方式有关。在实际中应按照三相负载铭牌上标记的连接方法或额定电压选择接线方式，否则负载不能正常工作，或者会因过载而烧毁。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式课堂实践课堂实践 连接三相负载电路并测量相关数据连接三相负载电路并测量相关数据实训器材：三相四线制交流电源1台，万用表1块，交流电流表4块，实验板（包括灯、开关等）1块，导线若干。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式课堂实践课堂实践 连接三相负载电路并测量相关数据连接三相负载电路并测量相关数据根据图6-7所示连接电路，将负载接成星形。负载对称有中性线时，闭合电源开关QS和中性线开关S1，断开支路开关S2。用万用表的电压挡分别测量线电压UUV，UVW，UWU以及相电压UU，UV，UW；读出线电流IU，IV，IW及中性线电流IN，并将数据填入表中。任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式课堂实践课堂实践 连接三相负载电路并测量相关数据连接三相负载电路并测量相关数据负载情况中性线线电压/V相电压/V线电流/A中性线电流/AUUVUVWUWUUUUVUWIUIVIWIN负载对称有无负载不对称有无任务二任务二 认识三相负载的连接方式认识三相负载的连接方式课堂实践课堂实践 连接三相负载电路并测量