劳动版(第四版)《电工基础》第六章

第六章三相交流电路§6-1三相交流电路§6-2三相负载的连接方式§6-3提高功率因数的意义和方法§6-1三相交流电路三相交流电的优点三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率大。三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。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机产生。定子转子转子是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布三相绕组始端分别用U1，V1，W1表示，末端用U2，V2，W2表示，分别称为U相，V相，W相。发电机的三根引出线及配电站的三根电源线分别以黄（U）、绿（V）、红（W）三种颜色作为标志。三个绕组在空间位置上彼此相隔120°。动画视频当转子在原动机带动下以角速度ω作逆时针匀速转动时，三相定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势eU=Emsin（ωt+0°）VeV=Emsin（ωt－120°）VeW=Emsin（ωt+120°）V电流从始端流出时为正，反之为负。末端指向始端三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序称为相序。每相电动势的正方向是从线圈的，即正序：UVWU负序：UWVU二、三相四线制三相四线制是把发电机三个线圈的末端连接在一起，成为一个公共端点（称中性点）从中性点引出的输电线称为中性线，简称中线；接地的中性线称为零线。零线或中线所用导线一般用黄绿相间色表示。从三个线圈始端引出的输电线称为端线或相线，俗称火线。有时为了简便，常不画发电机的线圈连接方式，只画四根输电线表示相序。端线与端线之间的电压，称线电压，分别用UUV、UVW、UWV表示。端线与中线之间的电压，称相电压，分别用UU、UV、UW表示。线电压与相电压之间的关系为UVU●●●●●●UVUVVWVWWUWUUUUUUUUUU利用几何知识可以得到：即：线电压总是超前于对应的相电压30°。三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论对称与否其和均为零，即：UVVWWUUVVWWU0UUUUUUUUU相线UU3四、三相五线制供电目前，许多新建的民用建筑在配电布线时，已采用三相五线制，设有专门的保护零线。§6-2三相负载的连接方式各相负载相同的三相负载称为对称三相负载，如三相电动机、大功率三相电路。各相负载不同的三相负载称为不对称三相负载，如三相照明电路中的负载。一、三相负载的星形连接三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法称为三相负载的星形连接（常用“Y”标记）。负载两端的电压称为负载的相电压。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，电源的线电压为负载相电压的倍，即U线=U相Y33流过每相负载的电流称为相电流。流过每根相线的电流称为线电流。线电流和相电流的大小关系为：I线Y=I相Y=对于感性负载来说，各相电流滞后对应电压的角度，可按下式计算：YUZ相相LarctanXR负载星形连接时，中线电流为各相电流的相量和。在三相对称电路中，由于各相负载对称，所以流过三相电流也对称，其相量和为零，即NUVW0IIII三相对称负载星形连接时中线电流为零，因此取消中线也不会影响三相负载的正常工作，三相四线制实际变成了三相三线制。二、三相负载的三角形连接把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法称为三角形连接（常用“Δ”标记）在三角形连接中，负载的相电压和电源的线电压大小相等，即U相Δ=U线Δ。三相对称负载做三角形连接时的相电压是作星形连接时的相电压的倍。三相负载接到电源中，是作三角形还是星形连接，要根据负载的额定电压而定。线电流和相电流的关系为I线Δ=I相Δ333三、三相负载的功率在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和，即上式中，UU、UV、UW为各相负载的相电压，IU、IV、IW为各相负载的相电流，、、为各相负载的功率因数。在对称三相电路中，P=3U相I相cos相=3P相UVWUUUVVV=++=cosIcoscosPPPPUIUUIUcosVcosWcos当对称负载作星形连接时，有功功率为当对称负载作三角形连接时，有功功率为即三相对称负载不论是连成星形还是连成三角形，其总有功功率均为仍是负载相电压与相电流之间的相位差，而不是线电压与线电流间的相位差cos3cos33cos3Y线线线线相相IUIUIUPcos3cos33cos3线线线线相相IUIUIUPcos3线线IUP§6-3提高功率因数的意义和方法企业所用交流设备多数为感性负载。在感性电路中，感性负载的功率因数也就是说，电路中还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它占用了电源的部分容量。coscos1一、提高功率因数的意义1.充分利用电源设备的容量如果一个电源的额定电压为UN，额定电流为IN，那么它的额定容量即额定视在功率SN=UNIN设电源容量为SN=40kVA，则带40W（=0.4）的荧光灯，可带400盏；带40W（=1）的白炽灯，可带1000盏。coscoscoscos2.减小供电线路的功率损耗在电源电压一定的情况下，对于相同功率的负载，功率因数越低，电流越大，供电线路上电压降和功率损耗也越大。如果供电线路上的电压降过大，就会造成电网末端的用电设备长期处于低压运行状态，影响其正常工作。为了减少电能损耗，改善供电质量，就必须提高功率因数。二、提高功率因数的方法1.提高自然功率因数用电设备本身的功率因数又称自然功率因数。合理选用电动机，使电动机的容量与被拖动的机械负载配套，避免“大马拖小车”的现象。应尽量不要让电动机空转；对于负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，在运行过程中，采用△—Y接线的自动转换，使电路的功率因数提高。2.并接电容器补偿电容器与感性负载并联如果电容器的额定电压与电网电压相同，应采用三角形接法。功率因数一般补偿到0.9以上即可，如果用过大的电容器，造成“过补偿”，反而会致使电路成为容性，降低功率因数。