《电工电子技术基础教学资料》第4章三相交流电路.pptx
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1、电工电子技术基础电工电子技术基础第第4章章 三相交流电路三相交流电路 某工厂的三相电路发生故障,工厂的电工学徒想了解三相电路基本的联结方式,并查出故障的来源。本章就来讲解学习关于三相交流电路的电源联结的方法,负载联结方法,以及三相功率的计算。最后再普及一下安全用电的基本知识。学习目标:学习目标:学习目标:学习目标:1.1.了解三相电路的产生、优点,认识对称三相交流电源了解三相电路的产生、优点,认识对称三相交流电源的联结方的联结方法,三法,三相负载相负载的联结方的联结方法;法;2.2.掌握三相电路功率的计算;掌握三相电路功率的计算;3.3.熟悉三相负载的两熟悉三相负载的两种联结方种联结方法;法;
2、4.4.熟悉有功功率、无功功率、视在功率的计算;熟悉有功功率、无功功率、视在功率的计算;5.5.了解安全用电的基本知识。了解安全用电的基本知识。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源对称三相交流电动势的产生和特点对称三相交流电动势的产生和特点对称三相交流电动势的产生和特点对称三相交流电动势的产生和特点在工业生产及日常生活中,三相交流电路被广泛应用。日常生活中应用的单相交流电,也是取自三相交流电的一相。三相交流电路应用原理是以单相交流电路为基础的。由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路,三
3、条电路的电动势频率相同、最大值(或有效值)相等、在相位上互差120,这三个电动势称为对称三相电动势。如图4-1所示是三相交流发电机的最简示意图。三相交流电是由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中,有三个相同的绕组(即线圈),三个绕组的始端分别用U1、V1、W 1表示,末端分别用U2、V2、W2来表示。U1U2、V1V2、W 1W2三个绕组分别称为U相、V相、W相绕组。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源由于发电机结构的原因,这三相绕组产生的三相电动势幅值相等,频率相同,相位互差120。这样的三相电动势称为对称的三相电动势,
4、如图4-2所示。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源对称三相电动势的波形图与相量图如图4-3所示。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源显然有相序是三相电动势达到最大值的先后次序。如上述的三相电动势依次滞后120,其相序为UVW。相序是一个十分重要的概念,为使电力系统能够安全可靠地运行,通常统一规定技术标准,一般在配电盘上用黄色标出U相,用绿色标出V相,用红色标出W相。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相
5、三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源4.1.2 4.1.2 三相交流电源的联结三相交流电源的联结三相交流电源的联结三相交流电源的联结1.1.三相电源的星形三相电源的星形三相电源的星形三相电源的星形(Y(Y形形形形)联结联结联结联结把电源的三相绕组的末端U2、V2、W2连接到一点N,而把始端U1、V1、W1作为与外电路相连接的端点。这种连接方式称为电源的星形联结,如图4-4所示。N点称为中点或零点,从中点引出的导线称为中线或零线,有时中线接地又称为地线。从始端(U1、V1、W1)引出的三根导线称为相线,俗称火线,常用U、V、W表示。由三条相线和一条中线构成的供电系统称为三相四线制供电系统
6、。通常低压供电网均采用三相四线制。三相四线制供电系统可输送两种电压:一种是相线与中线之间的电压,称为相电压,相电压的有效值用UU、UV、UW表示;另一种是相线与相线之间的电压,称为线电压,线电压的有效值用UUV、UVW、UWU表示。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源通常规定各相电动势的参考方向为从绕组的末端指向始端,相电压的参考方向为从始端指向末端(从相线指向中线);线电压的参考方向,例如UUV,则是从U端指向V端。由图4-5可知各线电压和相电压之间的相量关系为它们的相量图如图所示。由于三相电动势是对称的,故相电压也是对称的
7、。作相量图时,可先作出U、V、W,然后根据相关公式分别作出UUV、UVW、UWU。由相量图可知,线电压也是对称的,在相位上比相应的相电压超前30。一般线电压的有效值用UL表示,相电压的有效值用UP表示,由相量图可知它们的关系为第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源4.1.3 4.1.3 对称对称对称对称三相交流电源的三角三相交流电源的三角三相交流电源的三角三相交流电源的三角形联结形联结形联结形联结将发电机三相绕组始末端依次连接,构成闭合电路,并将三个连接点作为三相电源输出点,向外引出三根相线,这种接法称为三角形联结(或称形联结)
8、,如图4-6所示。当发电机绕组接成三角形时,由于每相绕组直接跨接在两相线之间,所以线电压等于相电压,即这种供电系统与星形联结相比,只有一种电压输出。由于发电机三相绕组对称,每相电压数值相等,相位差为120,所以任意两相电压的相量和与第三相电压大小相等、方向相反。相量图如图4-7所示。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1 4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源若对称相电流的有效值用IL表示,对称线电流的有效值用IP表示,由相量图可得总之,当三相电流对称时,线电流的有效值是相电流有效值的3倍,线电流滞后对应的相电流30,即第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.1
9、4.1 三相三相三相三相交流电源交流电源交流电源交流电源第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结当三相电源确定后,三相负载需要经过一定的方式连接于三相电源上。三相负载的连接方式根据负载的额定电压和负载的性质来确定。三相负载也有星形(Y)联结和三角形()联结两种形式,下面分别来进行讨论。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结4.2.1 4.2.1 三相三相三相三相负载的星形联结负载的星形联结负载的星形联结负载的星形联结三相负载的星形联结是指每相负载的一
10、端分别接三相交流电源的相线,另一端接在一起或接在中线上的连接方法。三相负载的星形联结的接线原则与电源的星形联结相似,即将每相负载末端连成一点N(中性点N),首端、V、W分别接到电源线上,如图4-8所示为三相负载的星形联结。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结中性线电流对应的相量式为如图4-8所示是只有三根相线而没有中性线的电路,即三相三线制;而接线方式除了三根相线外,在中性点还接有中性线,这样的接法即为三相四线制,如图4-9所示,三相四线制除可供电给三相负载外,还可供电给单相负载,故凡有照明、单相电动机、电扇、各种家用
11、电器的场合,也就是说一般低压用电场所,大多采用三相四线制。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的线电压就是电源的线电压,也就是两根相线之间的电压;每相负载两端的电压称作负载的相电压,在忽略输电线上的电压降时,负载的相电压就等于电源的相电压,因此流过每根相线上的电流叫线电流;流过每相负载的电流叫相电流;流过中线的电流叫中线电流。对于三相电路中的每一相而言,可以看成一个单相电路,所以各相电流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。若三相负载对称,则在三相对称电压的作用下,流过三相对称负载中每相负
12、载的电流有效值应相等,即每相电流间的相位差仍为120,由KCL可知,中线电流为零。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相四线制接线方式的特点如下。(1)相电流等于线电流,即(2)加在负载上的相电压和线电压之间的关系为(3)流过中性线N的电流IN为第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结当三相电路中的负载完全对称时,在任意一个瞬间,三个相电流中,总有一相电流与其余两相电流之和大小相等,方向相反,正好互相抵消。所以,流过中性线的电流等于零。在三相对称
13、电路中,当负载采用星形联结时,因为流过中性线的电流为零,所以三相四线制就可以变成三相三线制供电。如三相异步电动机及三相电炉等负载,当采用星形联结时,电源对该类负载就不需接中性线。通常在高压输电时,由于三相负载都是对称的三相变压器,所以都采用三相三线制供电。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结4.2.2 4.2.2 三相三相三相三相负载的三角形联结负载的三角形联结负载的三角形联结负载的三角形联结如图4-11所示
14、,将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法,称为三相负载的三角形联结。由于三角形联结的各相负载是接在两根相线之间,因此负载的相电压就是线电压。假设三相电源及负载均对称,则三相电流大小均相等,为第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三个相电流在相位上互差120,如图4-12所示是三相对称负载作三角形联结时的相量图,并假定电压超前电流一个角度。由图4-12通过几何关系不难证明第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.2 4.2 三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结三相负载的联结第第4 4章章 三相交流电路三相
15、交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算4.3.1 4.3.1 有功功率有功功率有功功率有功功率在三相电路中,负载无论采用何种连接方式,总的有功功率等于各相有功功率之和,总的无功功率等于各相无功功率之和。根据功率平衡条件,在三相电路中的负载无论是星形还是三角形联结,负载消耗的总有功功率之和为式中,UU、UV、UW为各相相电压的有效值;IU、IV、IW为各相相电流的有效值;U、V、W为各相相电压和相电流的相位差,即各负载的阻抗角。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算若三相负载对称,
16、各相消耗的有功功率相等,则三相有功功率为一项有功功率的三倍,即式中,为相电压UP和相电流IP之间的相位差;cos是功率因数。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算由于线电压和线电流容易测量,因此计算对称负载的三相有功功率时,常用P=3ULILcos进行计算。对该公式要注意以下三点。(1)仍然为相电压UP和相电流IP之间的相位差,即功率因数角。(2)该公式对于对称负载的星形联结和三角形联结均适用,但是同一负载在同一电源下连接时,所计算的有功功率值是不同的。(3)只有当电路的参数是常数时,有功功率P才是常数第第4 4章章 三
17、相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算4.3.2 4.3.2 无功功率无功功率无功功率无功功率三相电路的无功功率为由于每相负载可能是感性,也可能是容性,即每相的无功功率可正可负,所以无功功率为各项无功功率的代数和。在对称三相电路中,无论是星形联结还是三角形联结,总无功功率为第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算3.3 3.3 视在功率视在功率视在功率视在功率三相电路的总视在功率一般不等于各相视在功率之和,通常用下列各式计算:第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4
18、.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.3 4.3 三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算三相功率的计算计算表明,在电源电压不变时,同一负载由星形改接为三角形联结时,功率增加到原来的三倍
19、。这就告诉我们,若要负载正常工作,则负载的接法必须是正确的。若正常工作是星形联结的负载,误接成三角形时,将因功率过大而烧毁;若正常工作是三角形联结的负载,误接成星形时,则会因功率过小而不能正常工作。第第4 4章章 三相交流电路三相交流电路4.4 4.4 安全用电安全用电安全用电安全用电4.4.1 4.4.1 概述概述概述概述随着电能应用的不断拓展,以电能为工作能源的各种电气设备广泛进入企业生产和家庭生活中,与此同时,电气设备所带来的安全事故也不断发生。为了实现电气安全,在对电网本身的安全进行保护的同时,更要重视用电的安全问题。因此,学习安全用电基本知识,掌握常规触电防护技术,是保证用电安全的有
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