三相交流电路和电动机讲课教案.ppt
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1、三相交流电路和电动机一、三相交流电动势的产生 三相交流电动势由三相交流发电三相交流电动势由三相交流发电机产生。机产生。它的主要组成部分是定子和转子。它的主要组成部分是定子和转子。转子是转动的磁极,定子是在铁心槽转子是转动的磁极,定子是在铁心槽上放置三个几何尺寸与匝数相同的线上放置三个几何尺寸与匝数相同的线圈(称为定子绕组),它们排列在圆圈(称为定子绕组),它们排列在圆周上的位置彼此相差周上的位置彼此相差120,分别用,分别用U1-U2,V1-V2,W1-W2表示。表示。图图6-1 三相交流发电机原理示意图三相交流发电机原理示意图 U1、V1、W1表示各相绕组的首端,表示各相绕组的首端,U2、V
2、2、W2表示各表示各相绕组的末端。各相绕组的电动势参考方向规定为线圈的末相绕组的末端。各相绕组的电动势参考方向规定为线圈的末端指向始端。端指向始端。一、三相交流电动势的产生 当原动机带动转子顺时针以角速当原动机带动转子顺时针以角速度度逆时针匀速转动,作切割磁力线逆时针匀速转动,作切割磁力线运动,因而产生感应电动势运动,因而产生感应电动势eU、eV、eW。由于三个绕组的结构相同,在空间。由于三个绕组的结构相同,在空间相差相差120,因此,因此eU、eV、eW 三个电动三个电动势:势:振幅相同,频率相同,彼此间的振幅相同,频率相同,彼此间的相位差为相位差为120。图图6-1 三相交流发电机原理示意
3、图三相交流发电机原理示意图 以以eU为参考正弦量,为参考正弦量,则三相电动势的瞬时则三相电动势的瞬时表达式为:表达式为:一、三相交流电动势的产生 显然,有显然,有 eU eV eW=0。波形图与旋转矢量图如图。波形图与旋转矢量图如图 6-2 所示。所示。三相电动势随时间按正弦规律变化,它们到达最大值三相电动势随时间按正弦规律变化,它们到达最大值(或零值)的先后顺序,叫做相序。(或零值)的先后顺序,叫做相序。从图从图6-2中可以看出,中可以看出,eU超前达最大值,又超前达最大值,超前达最大值,又超前达最大值,这种这种U-V-W-U的顺序叫正序,若相序位的顺序叫正序,若相序位U-W-V-U叫负序。
4、叫负序。二、三相四线制电源 三相电源本来具有三相电源本来具有U1、V1、W1、U2、V2、W2六个接头,六个接头,但是在低压供电系统中常采用三相四线制供电。但是在低压供电系统中常采用三相四线制供电。其电路连接方式如图所示。其电路连接方式如图所示。二、三相四线制电源从从三三相相电电源源三三个个相相头头 U1、V1、W1 引引出出的的三三根根导导线线叫叫作作端端线线或或相相线线,俗俗称称火火线线,任任意意两两个个火火线线之之间间的的电电压压叫叫做做线线电电压压。把把三三相相绕绕组组的的末末端端的的公公共共连连接接点点 N 叫叫作作中中性性点点,从从中中点点引引出出的的导导线线叫叫做做中中性性线线或
5、或零零线线。由由三三根根相相线线和和一一根根中中性性线线组组成成的的输输电电方方式式叫叫做做三三相相四四线线制制(通通常常在在低低压压配配电电中中采用采用)。每每相相绕绕组组始始端端与与末末端端之之间间的的电电压压(即即相相线线与与中中线线之之间间的的电电压压)叫叫做做相相电电压压,它它们们的的瞬瞬时时值值用用 uU、uV、uW 来来表表示示,显然这三个相电压也是对称的。相电压大小显然这三个相电压也是对称的。相电压大小(有效值有效值)均为均为UU=UV=UW=UP 二、三相四线制电源任任意意两两相相始始端端之之间间的的电电压压(即即火火线线与与火火线线之之间间的的电电压压)叫叫做做线线电电压压
6、,它它们们的的瞬瞬时时值值用用 uUV、uVW、uWU 来来表表示示。三三相相四四线线制连接的旋转矢量图如图制连接的旋转矢量图如图 6-4 所示。所示。显然三个线电压也是对称的。大小显然三个线电压也是对称的。大小(有效值有效值)均为均为线线电电压压比比相相应应的的相相电电压压超超前前 30 ,如如线线电电压压 uUV 比比相相电电压压 uU 超超前前 30 ,线线电电压压 uVW 比比相相电电压压 uV 超超前前 30 ,线线电电压压 uWU 比相电压比相电压 uW 超前超前 30 。1对对称称三三相相电电动动势势有有效效值值相相等等,频频率率相相同同,各各相相之间的相位差为之间的相位差为12
7、0。2三相四线制的相电压和线电压都是对称的。三相四线制的相电压和线电压都是对称的。注意注意3线线电电压压是是相相电电压压的的 倍倍,线线电电压压的的相相位位超超前前相相应的相电压应的相电压30 6-2 三相负载的连接一、三相负载的星形连接一、三相负载的星形连接 把各相负载的末端把各相负载的末端U2、W2、V2连在一起接到三相电连在一起接到三相电源的中性线上,把各相负载的首端分别接到三相交流电源源的中性线上,把各相负载的首端分别接到三相交流电源的三根相线上,这种连接方法叫做三相负载有中性线的星的三根相线上,这种连接方法叫做三相负载有中性线的星形联结,用形联结,用Y0表示。如图表示。如图6-7所示
8、。所示。三相电路中的三相负载,可分为对称三相负载和不对称三相电路中的三相负载,可分为对称三相负载和不对称三相负载。各相负载的大小和性质完全相同的教对称三相负三相负载。各相负载的大小和性质完全相同的教对称三相负载;各相负载不同的教不对称三相负载。载;各相负载不同的教不对称三相负载。在三相电路中,负载有在三相电路中,负载有星形(星形(Y型)型)和和三角形(三角形(型)型)两两种连接方式种连接方式1、连接方式:、连接方式:一、三相负载的星形连接2、电路计算:、电路计算:A.电压:负载星形联结时,其线电压与相电压的关系:电压:负载星形联结时,其线电压与相电压的关系:UYP负载作星形联结时的相电压负载作
9、星形联结时的相电压 B.相电流:相电流:各相电流之间的相位差为各相电流之间的相位差为 一、三相负载的星形连接C.线电流线电流 三相负载星形联结,每相负载都串在相线上,相线和负载三相负载星形联结,每相负载都串在相线上,相线和负载通过同一个电流,所以各相电流等于各线电流。通过同一个电流,所以各相电流等于各线电流。D.中性线:中性线:对称负载星形联结,其各相相电流大小相等,相位相差对称负载星形联结,其各相相电流大小相等,相位相差 作旋转矢量图分析可得,三个相电流的旋转矢量和作旋转矢量图分析可得,三个相电流的旋转矢量和注意1、对称负载作星形联结时,、对称负载作星形联结时,中性线电流为零,去掉中性线电路
10、也可正常工作。为此,中性线电流为零,去掉中性线电路也可正常工作。为此,某些场合常采用三相三线制电路供电,如三相电动机和三相变某些场合常采用三相三线制电路供电,如三相电动机和三相变压器。压器。2、不对称星形负载的三相电路、不对称星形负载的三相电路,中性线电流不为零,中性线不可去掉,要为电流提供通路,中性线电流不为零,中性线不可去掉,要为电流提供通路,必须采用带中性线的三相四线制供电。更重要的是要保证每相必须采用带中性线的三相四线制供电。更重要的是要保证每相负载两端的电压等于电源的相电压。负载两端的电压等于电源的相电压。中性线的作用中性线的作用就在于使星形联结的不对称负载的相电压对就在于使星形联结
11、的不对称负载的相电压对称。为了保证负载的相电压对称,就不应让中性线断开。因此,称。为了保证负载的相电压对称,就不应让中性线断开。因此,中性线内不准接入熔断器和闸刀开关。中性线内不准接入熔断器和闸刀开关。二、三相负载的三角形连接二、三相负载的三角形连接 三相负载分别接到三相交流电源的每两根相线之间,负载三相负载分别接到三相交流电源的每两根相线之间,负载的这种连接方法叫做三角形联结,用符号的这种连接方法叫做三角形联结,用符号“”表示。如图表示。如图6-10所示。所示。1、连接方式:、连接方式:二、三相负载的三角形连接2、电路计算:、电路计算:A.电压:负载三角形联结时,其线电压与相电压的关系:电压
12、:负载三角形联结时,其线电压与相电压的关系:B.相电流:相电流:各相电流之间的相位差为各相电流之间的相位差为 二、三相负载的三角形连接C.线电流线电流 当对称三相负载作三角形联结时,线电流的大小为相电流当对称三相负载作三角形联结时,线电流的大小为相电流 的倍,的倍,其相位关系如图其相位关系如图6-11所示所示6-3 三相电路的功率一、三相功率一、三相功率三相负载的有功功率等于各相功率之和,即三相负载的有功功率等于各相功率之和,即P=P1 P2 P3在在对对称称三三相相电电路路中中,无无论论负负载载是是星星形形联联结结还还是是三三角角形形联联结结,由由于于各各相相负负载载相相同同、各各相相电电压
13、压大大小小相相等等、各各相相电电流流也也相相等,所以三相功率为等,所以三相功率为其其中中 为为对对称称负负载载的的阻阻抗抗角角,也也是是负负载载相相电电压压与与相相电电流流之间的相位差。之间的相位差。三相电路的功率因数为三相电路的功率因数为 1.对对称称负负载载为为星星形形活活三三角角形形联联结结式式,线线电电压压是是相相同同的的,相相电电流流是是不不相相等等的的。三三角角形形联联结结时时的的线线电电流流为为星星形形联联结结时时线线电电流的流的3倍。倍。注意:2.仍仍然然是是相相电电压压与与相相电电流流之之间间的的相相位位差差,而而不不是是线线电电压压与与线线电电流流之之间间的的相相位位差差。
14、也也就就是是说说,功功率率因因数数是是指指每每相相负负载载的功率因数。的功率因数。3.同同单单相相交交流流电电路路一一样样,三三相相负负载载中中既既有有耗耗能能元元件件,又又有有储储能元件。能元件。则它得无功功率、视在功率分别为:则它得无功功率、视在功率分别为:三者间的关系为三者间的关系为*6-4 三相笼型异步电动机一、三相笼型异步电动机的构造一、三相笼型异步电动机的构造 异异步步电电动动机机主主要要由由定定子子和和转转子子两两个个基基本本部部分分构构成成,此此外外还还有端盖、风叶、轴承和接线盒等零部件,如图有端盖、风叶、轴承和接线盒等零部件,如图6-15所示。所示。电电动动机机是是一一种种电
15、电能能转转换换成成机机械械能能的的动动力力设设备备。三三相相异异步步电电动动机机结结构构简简单单、坚坚固固耐耐用用、维维护护方方便便、体体积积小小、易易起起动动、成成本本低,在工农业生产中有着广泛的应用。低,在工农业生产中有着广泛的应用。定定子子是是电电动动机机的的静静止止部部分分,它它由由铁铁心心、定定子子绕绕组组和和机机座座三三部分组成。定子绕组可接成星形或三角形。部分组成。定子绕组可接成星形或三角形。转转子子是是电电动动机机的的转转动动部部分分,它它由由转转轴轴、转转子子铁铁心心、转转子子绕绕组组和风叶组成。和风叶组成。二、三相异步电动机的工作原理1、旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子
16、绕组接成星形,形成对称三相(三三相异步电动机的定子绕组接成星形,形成对称三相(三个绕组结构相同,空间互差个绕组结构相同,空间互差120)星形负载。将它们的首端)星形负载。将它们的首端U1、V1、W1接到对称三相电源上,三个绕组中有对称三相电流通接到对称三相电源上,三个绕组中有对称三相电流通过(相位依次相差过(相位依次相差120),其波形如图),其波形如图6-16所示。所示。正弦电流通过三相绕组,根据电流的磁效应可知,每个绕组都要正弦电流通过三相绕组,根据电流的磁效应可知,每个绕组都要产生一个按正弦规律变化的磁场。三相绕组就会产生一个合成磁场,产生一个按正弦规律变化的磁场。三相绕组就会产生一个合
17、成磁场,此合成磁场是一个旋转磁场。此合成磁场是一个旋转磁场。通过分析可知,对称三相正弦电流通过分析可知,对称三相正弦电流iU、iV、iW分别通入三相绕组时,分别通入三相绕组时,产生一个随时间变化的旋转磁场。磁场有一对磁极(一个产生一个随时间变化的旋转磁场。磁场有一对磁极(一个N极、一个极、一个S极),因此,又叫两极旋转磁场。当正弦电流的电角度变化极),因此,又叫两极旋转磁场。当正弦电流的电角度变化360时,两时,两极旋转磁场在空间也正好旋转极旋转磁场在空间也正好旋转360,这样就形成了一个和正弦电流同步,这样就形成了一个和正弦电流同步变化的旋转磁场。变化的旋转磁场。2.旋转磁场的转速 磁极对数
18、磁极对数p1的磁场,即两极旋转磁场与正弦电流同步变的磁场,即两极旋转磁场与正弦电流同步变化。对工频电流,即化。对工频电流,即50Hz的正弦交流电来说,旋转磁场在空间的正弦交流电来说,旋转磁场在空间每秒钟转每秒钟转50周。以转每分(周。以转每分(r/min)位单位,旋转磁场转速为)位单位,旋转磁场转速为=5060=3 000r/min。计算公式为:计算公式为:3.三相异步电动机的工作原理 旋转磁场以同步转速旋转磁场以同步转速 n0 顺时针旋转,相当于磁场不动,转顺时针旋转,相当于磁场不动,转子逆时针切割磁力线,产生感应电流,用右手定则判定,转子子逆时针切割磁力线,产生感应电流,用右手定则判定,转
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