（中职）电工技术基础与技能（第2版）项目七三相正弦交流电路课件电子课件（）.ppt

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1、YCF（中职）电工技术基础与技能（第2版）项目七三相正弦交流电路课件电子课件1理解三相交流发电机和三相正弦交流电的产生与工作原理。2知道三相对称正弦量和相序。3掌握三相四线制电源的有关知识。1测量相电压和线电压。2测量相序。任务一三相交流电源的认知一、三相交流电流的产生三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机的原理示意图如图7-1所示。它的主要组成部分是定子和转子。转子是转动的图7-1三相交流发电机原理示意图的磁极，定子铁芯由内圆开有槽口的绝缘薄硅钢片叠压而成，槽上放置三个几何尺寸与匝数相同的线圈（称做定子绕组），它们排列在圆周上的位置彼此相差的角度，分别用U、V、W表示。U1、

2、V1、W1表示各相绕组的首端，U2、V2、W2表示各相绕组的末端。各相绕组的电动势的参考方向规定为由线圈的末端指向始端。当原动机（汽轮机、水轮机等）带动转子顺时针以角速度匀速转动时，就相当于每相绕组以角速度逆时针匀速旋转，做切割磁力线运动，因而产生感应电动势eU、eV、eW。由于三个绕组的结构相同，在空间相差的角度，因此eU、eV、eW三个电动势的振幅相同，频率相同，彼此间的相位差为。以eU为参考正弦量，则三相电动势的瞬时表达式为它们的波形图和相量图如图7-2所示。图7-2三相对称电动势的波形图和相量图二、相序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。从图7

3、-2中可以看出，超前、达最大值，又超前达最大值，这种U-V-W-U的顺序叫正序，若相序为U-W-V-U叫做负序。三、三相四线制电源在电工技术和电力工程中，把这种有效值相等、频率相同、相位上彼此相差的三相电动势叫做对称三相电动势，供给三相电动势的电源叫做三相电源。产生三相电动势的每个绕组称为一相。三相电源本来具有U1、V1、W1、U2、V2、W2六个端子，但是在低压供电系统中常采用三相四线制供电，把三相绕组的末端U2、V2、W2连接成一个公共端点，叫做中点（零点），用N表示，如图7-3(a)所示。从中点引出的导线叫做中线（零线），用黑色或白色表示。若中线接地时，又叫做地线。从线圈的首端U1、V1

4、、W1引出的三根导线L1，L2，L3叫做相线（俗称火线），分别用黄、绿、红三种颜色表示。图7-3(a)三相四线制电源三相四线制供电系统可输送两种电压，即相电压与线电压。各相线与中线之间的电压叫做相电压，分别用UU、UV、UW表示其有效值。在发电机内阻可以忽略的情况下，相电压在数值上与各相绕组的电动势相等。各相电压间的相位差也是，因此三个相电压也是互相对称的。相线与相线之间的电压叫做线电压，用、表示其有效值。其参考方向如图7-3所示。它们与相电压之间的关系为以为参考向量，作出、的向量图，如图7-4所示。然后，应用平行四边形法则，可以求出线电压。即式中线电压，单位V；相电压，单位V。在相位上线电压

5、超前对应的相电压30，即（7-3）由于三个线电压的大小相等，频率相同，相位互差，所以线电压也是对称的。图7-4三相四线制电源电压向量图通过以上讨论可知：（1）对称三相电动势有效值相等，频率相同，各相之间的相位差为。（2）三相四线制的相电压和线电压都是对称的。（3）线电压是相电压的倍，线电压的相位超前相应的相电压30。图7-5所示是三相四线制低压配电线路，接到动力开关上的是三根相线，它们之间的线电压。接到照明开关上的是相线和中线，它们之间的相电压。图7-5三相四线制低压配电线路三相电源的识别三相电源的识别一、测量三相电源的各相相电压测量实训室内三相电源各相电压，将测量结果填入表7-1中。二、测量

6、三相电源各相线间的线电压测量实训室内三相电源各相线间的线电压，将测量结果填入表7-1中。测量项目U相相电压V相相电压W相相电压U、V相之间线电压V、W相之间线电压W、U相之间线电压测量数值表7-1测量线电压和相电压三、三相电源相序的判别1目的（1）理解相序的概念，掌握三相交流电路相序的测量方法。（2）三相交流电路相序的测定，对今后学习变流技术和变频调速技术非常重要。2设备与仪器三相电源，选取两个相同的1525W/220V灯泡，电容一个C4.7F，耐压630V。3原理电路如图7-6所示，接入相电压为220V的三相交流电源。由图7-6可知：中性点电压为 V相灯泡所承受的电压为 W相灯泡所承受的电压

7、为所以V相灯光比W相灯光要亮，若电源引出的相序未知，可设电容一相为U相，则灯光亮的一相即为V相，灯光暗的为W相。4相序判定将电源线任意调换两相后，再接入电路，观察灯光的明亮状态，并判断三相交流电源的相序。图7-6相序测量电路任务二三相负载的接法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叫对称三相负载，即，如三相电动机、三相变压器、三相电炉等。各相负载不同的就叫不对称三相负载，如三相照明电路中的负载。在三相电路中，负载有星形（Y）和三角形（）两种联结方式。，1掌握三相负载星形联结时电压间、电流间的关系。2掌握三相负载三角形联结时电压间、电流间的关系。

8、3理解三相负载的星形联结和三角形联结之间的关系。1三相负载的星形联结。2三相负载的三角形联结。一、三相负载的星形联结1联结方式把各相负载的末端U2、V2、W2连在一起连接到三相电源的中线上，把各相负载的首端U1、V1、W1分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接的方法叫做三相负载有中线的星形接法，用Y表示。图7-7（a）所示为三相负载有中线的星形接法的原理图，图7-7（b）所示为实际电路图。图7-7三相负载的星形接法负载作星形联结并具有中线时，每相负载两端的电压叫做负载的相电压，用表示。当输电线的阻抗被忽略时，负载的相电压等于电源相电压，负载的线电压等于电源的线电压。负载的线电压与相电压的关

9、系为（7-4）当电源的线电压为各相负载的额定电压的倍时，三相负载必须采用星形联结。2电路计算在三相交流电路中，负载作星形联结，流过每一相负载的电流叫做相电流，一般用来表示，正方向与相电压方向相同。流过每根相线的电流叫做线电流，一般用表示，正方向规定由电源流向负载。流过中线的电流称为中线电流，用表示，正方向由负载中点流向电源中点。显而易见，在三相负载的星形联结中，线电流和相电流是同一电流，即（7-5）当负载作星形联结并具有中线时，三相交流电路的每一相就是一单相交流电路，各相电压与电流间的数量及相位关系可应用单相交流电路的方法处理。在对称三相电压作用下，流过对称三相负载的各相电流也是对称的，即各相

10、电流之间的相位差仍为。因此，计算对称三相负载电路只需要计算其中一相，其他两相只是相位互差。由基尔霍夫第一定律可知，流过中线的电流为上式所对应的向量关系式为作出对称三相负载的相电流、的向量图，如图7-8所示。求出三个线电流向量的和，即三个相电流瞬时值之和等于零。说明：对称三相负载作星形联结时的中线电流为零。在这种情况下去掉中线也不影响三相电路的正常工作，为此常常采用三相三线制电路，如图7-9所示。常用的三相电动机和三相变压器都是对称三相负载，都采用三相三线制供电。图7-8三相对称负载星形联结时电流的向量图图7-9三相三线制电路3不对称负载星形联结时中线的作用三相电路在很多情况下是不对称的，如最常

11、见的照明电路，就是不对称负载有中线的星形联结的三相电路。下面，我们通过具体例子分析三相四线制中线的重要作用。【例7-1】在如图7-10所示的三相照明电路中，各相的电阻分别为RU=RV=30，RW=10，将它们连接成星形接到线电压为380V的三相四线制电路中，各灯泡的额定电压为220V。试求：图7-10 例7-1图（1）各相电流、线电流和中线电流；（2）若中线因故断开，U相灯全部关闭，V、W两相灯全部工作，V相和W相电流多大？会出现什么情况？图7-10例7-1图解：（1）每相负载所承受的相电压为线电压的倍。（V）U相和V相的电阻相等，相电流也相等，且负载作星形联结，线电流等于相电流。（A）W相的

12、线电流等于相电流为（A）作出向量图，如图7-11（a）所示。从向量图中可以看出与同相位，、及组成等边三角形，因此，求得中线电流为（A）图7-11(a)向量图和中线断开（2）中线断开并且断开U相的电路，如图7-11（b）所示。RV与RW串联以后接到线电压上，V、W两相流过的电流为（A）V相和W相的电压分别为由于V相的灯泡两端电压超过了灯泡的额定工作电压，灯泡将会烧毁。W相灯泡两端电压低于灯泡的额定电压，灯泡不能正常工作。当V相灯泡烧毁后（开路），W相也处于断路状态。(V)(V)图7-11(b)向量图和中线断开可见，对于不对称星形负载的三相电路，必须采用带中线的三相四线制供电。若无中线，可能使某一

13、相电压过低，该相用电设备不能正常工作；某一相电压过高，烧毁该相用电设备。因此，中线对于电路的正常工作及安全是非常重要的，它可以保证不对称三相负载电压的对称，防止发生事故。在三相四线制中规定，中线不许安装保险丝和开关。通常还要把中线接地，使它与大地电位相同，以保障安全。理论和实践证明：三相负载越接近对称，中线电流就越小。所以，我们安装照明电路时，应尽量将它们平均地分配在各相电路中，使各相负载尽量平衡，以减小中线电流。二、三相负载的三角形联结1联结方式把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“”表示，如图7-12所示。由于三相电源是对称的，无论负载是

14、否对称，负载的相电压都是对称的。三角形联结中的各相负载全部接在两根相线之间，因此电源的线电压等于负载两端的电压，即负载的相电压，则（7-6）所以，当电源线电压等于各相负载的额定电压时，三相负载应接成三角形。图7-12三相负载的三角形联结2电路计算对于负载作三角形联结的三相电路中的每一相负载来说，都是单相交流电路。各相电流和电压之间的数量与相位关系与单相交流电路相同。在对称三相电源的作用下，流过对称负载的各相电流也是对称的。应用单相交流电路的计算关系，可知各相电流有效值为各相电流间的相位差仍为。根据基尔霍夫第一定律，可以求出线电流与相电流之间的关系为对应的向量间的关系为当负载对称时，作出相电流、

15、的向量图，如图7-13所示。应用平行四边形法则可以求出线电流为同理可求出图7-13对称负载三角形联结的电流向量图由此可见，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，一般写成（7-7）【例7-2】有三个100的电阻，将它们连接成星形或三角形，分别将它们接到线电压为380V的对称三相电源上，如图7-14所示。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少？解：（1）负载作星形联结，如图7-14（a）所示。负载的线电压为（V）负载的相电压为线电压的，即（V）负载的相电流等于线电流（A）(a)三相负载的Y型联结图7-14例7-2图（2）负载作三角形联结，如图7-14（b）所示。负载的线电压

16、为（V）负载的相电压等于线电压，即（V）负载的相电流为（A）负载的线电流为相电流的倍，即（A）通过上面的计算可知，在同一个对称三相电源的作用下，对称负载作三角形联结时的线电流是负载作星形联结时的线电流的3倍。因此，为了减小大功率三相电动机的启动电流，常采用Y降压启动的方法来解决。(b)三相负载的型联结图7-14例7-2图1三相负载的星形联结（1）按图7-15（a）所示连接线路（其中电阻1k，耐压400V）。（2）测量每相负载的相电压、相电流。（3）测量每根相线的线电流、两根相线之间的线电压，并填写表7-3。2三相负载的三角形联结（1）按图7-15（b）所示连接线路（其中电阻1k，耐压400V）

17、。（2）测量每相负载的相电压、相电流。（3）测量每根相线的线电流、两根相线之间的线电压，并填写表7-2。（注意：有条件的情况下，可以将三相电源电压降压到36V再做上述操作，安全性更高。）(a)三相负载的Y型联结(b)三相负载的型联结图7-15三相负载的联结实验原理图联结联结方式负载的相电压负载的线电压负载的相电流负载的线电流U相V相W相UV之间VW之间WU之间U相V相W相L1L2L3星形三角形表7-2三相负载的联结（4）比较两种联结方式负载两端电压、电流间的关系，填表7-3。比 较 项 目UYL/ULUYP/UPIYL/ILIYP/IP比 较 结 果表7-3两种联结方式负载两端电压、电流间的关

18、系任务三三相电路的功率1理解三相不对称负载功率的计算方法。2掌握三相对称负载功率的计算方法。三相对称负载功率的测量。一、三相负载功率的计算 在三相交流电路中，不论负载采用何种联结方式，三相负载的总功率都等于各相负载功率的总和，即（7-8）在三相对称交流电中，若负载不对称，电流也不对称。如果知道各相电压、相电流及功率因数cos的值，则负载消耗的总功率为二、三相对称负载功率的计算在对称三相交流电中，如果三相负载是对称的，则电流也是对称的，即负载消耗的总功率可以写成（7-10）负载的相电压，单位是伏特，符号为V；由式（7-10）可知，对称三相电路总有功功率为一相有功功率的3倍。流过负载的相电流，单位

19、是安培，符号为A；相电压与相电流之间的相位差，单位是弧度，符号为rad；P三相负载总的有功功率，单位是瓦特，符号为W。式中 在实际工作中，测量线电压、线电流比较方便，三相电路的总功率常用线电压和线电流来表示。对称负载作星形联结时，线电压是相电压的 倍，线电流等于相电流，即 对称负载作三角形联结时，线电压等于相电压，线电流是相电流的 倍，即所以，对称负载不论作星形联结还是三角形联结，总有功功率为 (7-11)使用式（7-11）时必须注意：（1）负载为星形或三角形联结时，线电压是相同的，线电流是不相等的。三角形联结时的线电流是星形联结时线电流的3倍。（2）仍然是相电压与相电流间的相位差，而不是线电

20、压与线电流间的相位差。也就是说，功率因数cos是指每相负载的功率因数。同单相交流电路一样，三相负载中既有耗能元件，又有储能元件。因此，三相交流电路中除有功功率外，还有无功功率和视在功率。应用上面的方法，可以推出对称三相电路的无功功率为 视在功率为三者间的关系为 （7-12）（7-13）【例7-3】有一个对称三相负载，每相的等效电阻 ，等效感抗，分别接成星形、三角形，接到线电压为380V的对称三相电源上，试求：（1）负载作星形联结时的相电流、线电流和有功功率；（2）负载作三角形联结时的相电流、线电流和有功功率。解：（1）星形联结时，负载的相电压为各相负载，则阻抗为各相的相电流为（A）（V）（）对

21、称负载作星形联结时的线电流等于相电流，即各相负载的功率因数为三相负载总有功功率为（kW）（A）（2）负载作三角形联结时，相电压等于线电压，即阻抗，相电流为对称负载作三角形联结时的线电流为相电流的倍，即（A）（V）三相负载总有功功率为通过上面例题，可以看出（kW）这说明，在同一三相电源作用下，同一对称负载作三角形联结时的线电流和总功率是星形联结时的3倍。在实际中，要根据电源的线电压和负载的额定电压，选择负载的正确连接方式。(A)一、功率表的使用功率表里有两个线圈：电压线圈和电流线圈，功率表接线原则是电流线圈串联，电压线圈并联。使用时注意以下几点。（1）正确选择功率表的量程。功率表与其他指示仪表不

22、同，指针偏转大小只表明功率值，并不显示仪表本身是否过载，有时表针虽未达到满刻度，只要U或I之一超过该表的量程就会损坏仪表。故在使用功率表时，通常需接入电压表和电流表进行监控。（2）正确连接测量线路。一般的接法，（*）端都接进线就行了，也就是电流端的（*）端接电源，另一端接负载，电压端的（*）端接电流表任意端，另一端跨接负载出线端。（3）正确读数。一般安装式功率表为直读单量程式，表上的示数即为功率数。但便携式功率表一般为多量程式，在表的标度尺上不直接标注示数，只标注分格。在选用不同的电流与电压量程时，每一分格都可以表示不同的功率数。在读数时，应先根据所选的电压量程U、电流量程I以及标度尺满量程时

23、的格数，求出每格瓦数（又称功率表常数）C，然后再乘上指针偏转的格数，就可得到所测功率P，即每格瓦数UI/满量程格数功率P每格瓦数格数二、测量三相负载Y形联结电路的功率（1）按图7-16所示连接电路，接好功率表。（2）测量各相负载的功率，填写表7-4。实 验 项 目U相消耗的功率V相消耗的功率W相消耗的功率总 功 率实 验 结 果图7-16Y形联结负载的功率测量实验原理图表7-4Y形联结负载的功率测量实验记录表三、测量三相负载形联结电路的功率（1）按图7-17所示连接电路，用同样的方法接好功率表。（2）测量各相负载的功率，填写表7-5。实 验 项 目U-V相消耗的功率V-W相消耗的功率W-U相消耗的功率总 功 率实 验 结 果图7-17形联结负载的功率测量实验原理图表7-5形联结负载的功率测量实验记录表