任務(wù)2認(rèn)知三相交流電路

1、任務(wù) 2.2 認(rèn)知三相交流電路2.2.1 三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生1. 三相交流電路的定義 由三相交流電源供電的電路稱為三相交流電路。所謂三相交流電路是指由三個(gè)頻 率相同、最大值（或有效值）相等、在相位上互差 120°的單相交流電動(dòng)勢(shì)組成的 電路，這三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)。2. 三相交流電的優(yōu)點(diǎn)（1）三相交流發(fā)電機(jī)比功率相同的單相交流發(fā)電機(jī)體積小、重量輕、成本低。（2）電能輸送。當(dāng)輸送功率相等、電壓相同、輸電距離一樣，線路損耗也相同 時(shí)，用三相制輸電比單相制輸電可大大節(jié)省輸電線有色金屬的消耗量，即輸電成 本較低。（3）目前獲得廣泛應(yīng)用的三相異步電動(dòng)機(jī)，是以三相交流電作為電源，它與單

2、 相電動(dòng)機(jī)或其它電動(dòng)機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉性能良好和使用維護(hù)方便 等優(yōu)點(diǎn)。因此在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，三相交流電路獲得廣泛應(yīng)用。3. 三相交流電的產(chǎn)生 三相交流電的產(chǎn)生就是指三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。三相交流電動(dòng)勢(shì)由三相交流發(fā) 電機(jī)產(chǎn)生，它是在單相交流發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。如圖 2-11（a）是三相發(fā)電機(jī)的原理圖，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的 勵(lì)磁繞組中通以直流電，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)得到固定部分稱為定子，定子 鐵心的內(nèi)圓放置電樞繞組。三個(gè)尺寸和匝相同的繞組分別用 U1U2、V1V2 、 W1W2 表示，稱為三相繞組 U相、V相、W 相，U1、V1、W1 稱為繞組的首 端，U2、V2

3、、W2 稱為末端。三個(gè)繞組安裝在定子鐵心槽內(nèi)，三相繞組在空間位 置上相差 120°。各相繞組的匝數(shù)和形狀都相同， 圖 2.11（b）所示為 U磁極放在轉(zhuǎn)子上，一般均由直流電通過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn) 子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三相定子繞組即切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而感應(yīng)出三相對(duì)稱 交流電動(dòng)勢(shì)。這三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的三角函數(shù)表達(dá)式為? eU=Emsin ?to ? eV=Emsin（ -1t20）? eW=Emsin（ -2t40o）=Emsin（ t+?12）0?其波形圖如圖 2-12（ a）所示，相量圖如圖 2-12（b）所示。為零。即在圖 2-12（b）中還可看出三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)的

4、相量和也等于零，即 eU+eV+eW=0?E?U+EV+EW=0 把它們稱做三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)，規(guī)定每相電動(dòng)勢(shì)的正方向是從線圈的末端指向首端 （或由低電位指向高電位 ）。2.2.2 三相電源的連接 三相交流發(fā)電機(jī)實(shí)際有三個(gè)繞組，六個(gè)接線端，我們目前采用的是將這三相交流 電按照一定的方式，連接成一個(gè)整體向外送電的。連接的方法通常為星形和三角 形。1.三相電源的星形聯(lián)結(jié)（ Y 接）1）星形聯(lián)結(jié)將電源的三相繞組末端 U2、V2、W2連在一起，首端 U1、V1、W1 分別與負(fù)載 相連，這種方式就叫做星形聯(lián)結(jié)。其接法如圖 2-13所示。2）中點(diǎn)、中性線、相線、地線 三相繞組末端相連的一點(diǎn)稱中點(diǎn)或零點(diǎn)，一般用

5、 “N”表示。從中點(diǎn)引出的線叫中 性線（簡(jiǎn)稱中線），也叫零線，叫零線的原因是三相電源對(duì)稱時(shí)刻中性線中沒有 電流通過(guò)了，再就是它直接或間接的接到大地，跟大地相連電壓也接近零。 從首端 U1、V1、W1 引出的三根導(dǎo)線稱相線（或端線）。由于它與大地之間有一 定的電位差，一般通稱火線?；鹁€與零線共同組成供電回路。在低壓電網(wǎng)中用三 相四線制輸送電力，其中有三根相線一根零線。地線是把設(shè)備或用電器的外殼可靠地連接大地的線路，是防止觸電事故的良好方 案。 為了保證用電安全，在用戶使用區(qū)改為用三相五線制供電，這第五根線就是 地線，它的一端是在用戶區(qū)附近用金屬導(dǎo)體深埋于地下，另一端與各用戶的地線 接點(diǎn)相連起保護(hù)

6、的作用。3）輸電方式 由三根火線和一根地線所組成的輸電方式稱三相四線制（通常在低壓配電系統(tǒng)中 采用）。只由三根火線所組成的輸電方式稱三相三線制（在高壓輸電時(shí)采用較 多）。4）三相電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓關(guān)系（1）相電壓 UP。每個(gè)繞組的相線與中性線之間的電壓稱為相電壓。相電壓的有 效值、用 UU 、UV、 UW 表示。、（2）線電壓 UL 。各繞組相線與相線之間的電壓，做線電壓，其有效值分別用 UUV 、UVW 、UWU 表示。（3）相電壓與線電壓參考方向的規(guī)定。相電壓的正方向是由首端指向中點(diǎn)N，例如電壓 UU 是由首端 L 指向中點(diǎn) N；線電壓的方向，如電壓 UUV 是由首端 U 指向首端 V

7、，書寫時(shí)不能顛倒，否則相位相差 180°。（4）線電壓 UL 與相電壓 UP的關(guān)系。相電源 Y 形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖，如圖 2- 14所故兩端線 U和 V之間的線電壓應(yīng)該是兩個(gè)相應(yīng)的相電壓之差，即 UUV=UU-UV UVW=UV-UW UWU=UW-UU 線電壓大小利用幾何關(guān)系可求得為： UUUcos30? =UUUV=2 同理可得：?UUVVW=UWU=3UW結(jié)論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的倍，其公式為（2-24） UL=3UP 平常我們講的電源電壓為 220V，即是指相電壓；講電源電壓 為 380V ，即是指線電壓。由此可見：三相四線制的供電方式可以給負(fù)載提供兩 種電壓，

8、即線電壓 380V 和相電壓 220V，因而在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。 2.三相電源的三角形聯(lián)結(jié)（ 接）1）三角形聯(lián)結(jié)如圖 2-15 所示，將電源一相繞組的末端與另一相繞組的首端依次相連（接成一個(gè) 三角形），再?gòu)氖锥?U1、V1、W1 分別引出端線，這種連接方式就叫三角形聯(lián) 結(jié)。如圖 2-15（a）所 2）三相電源三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓關(guān)系 由圖中 2-15 可見 UUV=UUUVW=UV UWU=UW 所以，三相電源三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，電路中線電壓的大小與相電壓的大小相等即： UL=UP （ 2-25）由相量圖 2-15 可以看出，三個(gè)線電壓之和為零，即： UUV+UVW+UWU=0 （2-26） 同

9、理可得，在電源的三相繞組內(nèi)部三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的相量和也為零，即 EUV+EVW+EWU=0 （2-27） 因此當(dāng)電源的三相繞組采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)在繞組內(nèi)部是不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路電流（環(huán) 流）的。在生產(chǎn)實(shí)際中，發(fā)電機(jī)繞組很少接成三角形，通常接成星形。2.2.3 三相負(fù)載的連接 在三相負(fù)載中，如果每相負(fù)載的電阻均相等，電抗也相等（且均為容抗或均為感 抗），則稱為三相對(duì)稱負(fù)載。如果各相負(fù)載不同，就是不對(duì)稱的三相負(fù)載，如三 相照明電路中的負(fù)載。負(fù)載也和電源一樣可以采用兩種不同的連接方法，即星形 聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。 ?1.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)如圖 2-16 所示為三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)三相四線制電路，它的接線原則與電源的星形

10、聯(lián)結(jié)相似，即將每相負(fù)載末端連成一點(diǎn) N（中性點(diǎn) N），首端 U、V、W 分別 接到電源線上。這樣的連接方式就稱為星形聯(lián)結(jié)。由圖 2-16 可知，流過(guò)中線電流為?I?N=IU+IV+IW （2-29） 若三相負(fù)載對(duì)稱， 則在三相對(duì)稱電壓的作用下，流過(guò)三相對(duì)稱負(fù)載中每相負(fù)載的 電流應(yīng)相等，即UPI L=IU=IV=IW=ZP此時(shí)流過(guò)中性線的電流 IN 為零，此時(shí)中性線可以去掉，形成三相三線制電路。 但事實(shí)上三相負(fù)載不對(duì)稱，若斷開中性線，將會(huì)使有的負(fù)載端電壓升高，有的負(fù) 載端電壓降低，因而負(fù)載不能在額定電壓下正常工作，甚至可能引起用電設(shè)備的 損壞。為了確保負(fù)載正常工作，對(duì)于星形聯(lián)結(jié)的不對(duì)稱負(fù)載（例如照明電路）必 須接中性線，而且不能把熔斷器和其他開關(guān)安裝在中性線上。故凡有照明、單相 電動(dòng)機(jī)、電扇、各種家用電器的場(chǎng)合，也就是說(shuō)一般低壓用電場(chǎng)所，大多采用三 相四線制。如圖 2-17 所示是相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)三相四線制電路，它2. 三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié) 如果負(fù)載的額定電壓等于三相電源的線電壓，則必須把負(fù)載接于兩根相線之間。 把這樣的負(fù)載分為三組，分別接于