3、三相交流电

江汉油田职工培训中心第三节三相交流电路一、三相交流电源前面所讲的单相交流电，是三相交流电中的一相。目前,交流发电机几乎都是三相的。三相交流发电机和三相变压器与单相设备相比，节省材料,性能可靠,三相输电也比单相输电优越。目前，电力系统都采用三相系统。三相系统：三个频率相同、有效值相等、相位互差1200的正弦电动势组成的系统。对称三相交流电动势瞬时值为：向量图为：三相电动势由三相发电机产生,书P14图1-17(a)为单相发电机模型,在图中再增加两个完全相同的线圈,三个线圈互相错开1200空间角度,就构成了三相发电机,它产生上式表达的三相电动势.)120sin()120sin(sin00tEetEetEemwmvmuwEuEvE江汉油田职工培训中心三相电动势的波形为：从图中不难看出，三相电动势达到最大值的先后次序不一样，这个次序称为相序。图中相序为U→V→W,叫做正相序。任意两相对调后成为负相序:正相序U→V→W→U→V→W→U→V→W→U→V→W负相序V→U→W→V→U→W→V→U→W→V→U→W负相序U→W→V→U→W→V→U→W→V→U→W→V负相序W→V→U→W→V→U→W→V→U→W→V→U在发电厂中，三相母线的相序用颜色表示：黄色表示L1相绿色表示L2相红色表示L3相注意:1.考察相序的意义2.原来相序用A,B,C表示.euevewte0江汉油田职工培训中心二、三相电源的接法三相电源有三个绕组，通常接成星形接法或三角形接法。1、电源的星形连接（Y形连接）将电源的三相绕组尾端U2、V2W2连成一个节点，首端U1、V1W1分别用导线引出接负载,这种连接方式叫做星形连接,或者叫做Y形连接。连接图三相绕组尾端连接成的公共点叫做中点，用“O”表示。从中点引出的导线叫做中线。中线接地时又叫地线或零线。从绕组首端U1、V1、W1引出的三根导线称为端线或火线。哪条线“有电”,“无电”?由三根火线和一根零线组成的供电方式叫做三相四线制。三相四线制用于低压配电系统，可以获得两种电压。举例说明？思考题如果像直流电路那样,每一个电源需要两根导线组成回路,三相电源需要几根导线向外供电?v2v1w1u2u1w2O江汉油田职工培训中心相电压：每相绕组两端的电压,也就是火线与零线之间的电压,用UUO、UVO、UWO表示，也可以简写成UU、UV、UW，有时用U相或UP表示。线电压:任意两根火线之间的电压,用UUV、UVW、UWU表示,有时用U线或UL表示.相电压与线电压的关系:可以证明,对称三相电源星形连接时,线电压是相电压的倍,即：,线电压超前其下标第一字母对应的相电压300相位角.例:三相电源Y形连接,相电压UU=220V,初相角为250,则:线电压初相角为250+300=550.虽然UVW=380V,但初相角不等于550.注意：星形电源不连中线,就成为三相三线制,常用于高压输电。相线UU33v0uwVVVVUUuuv38004.381220732.122033江汉油田职工培训中心平时所说的发电机电压或线路电压都是指线电压.例如220kV的高压输电线路,是指线电压为220kV.?日常供电系统都采用三相四线制,电压为380/220V,即线电压是380V,相电压是220V,可以给负载提供两种电压.三相异步电动机可以使用线电压,电灯\单相电动机可以使用相电压。如何接线?2、电源的三角形连接将电源的三相绕组依次首尾相连,构成一个闭合回路,再从三个绕组的始端U1、V1、W1引出导线接负载,这种连接方式叫做三角形连接或称为Δ连接。连接图U1U2V1V2W1W2江汉油田职工培训中心三相电源作三角形连接时,线电压等于相电压即：例：三相对称电源作三角形连接线电压为380V，求相电压。解：三相对称电源作三角形连接，相电压等于线电压。所以，相电压也是380V。注意：发电机三相绕组接成三角形时,回路电动势代数和为零,不会产生环形电流。但是，当一相绕组接反时,回路电动势代数和不再为零。由于回路阻抗很小,会产生很大的回路电流而烧坏发电机。证明三相绕组正确连接时回路环流为零：Σe=eu+ev+ew=Emsinωt+Emsin(ωt–1200)+Emsin(ωt+1200)=···=0,因而回路….sin(ωt–1200)=sinωtcos1200–cosωtsin1200=–0.5sinωt–0.866cosωtsin(ωt+1200)=sinωtcos1200+cosωtsin1200=–0.5sinωt+0.866cosωt用向量法也可以证明.相线UUuvwuEvEwE江汉油田职工培训中心三、三相负载的连接电力系统的负载分为单相负载和三相负载两类。电灯、电风扇、电视机、冰箱等都是单相负载；三相异步电动机、大功率三相电炉则属于三相负载。如果三相负载的每一相阻抗都相同,即电阻和电抗都一样,则称为三相负载对称。1、三相负载的星形连接将三相负载的尾端连成节点,也叫做中点“O”,负载的首端分别接到三相电源上。负载的中点接到电源中点时,称为三相四线制系统。照明电灯等家庭用电器都是这样连接的。接线图:v2v1w1u1OZUZVZWUVWOOW2u2江汉油田职工培训中心相电流:电路中每一相负载流过的电流称为相电流,用或IP表示.每一相电流的有效值为见下图.若三相负载对称,三个相电流有效值相等,每一相的电压、电流之间相位差也相等,三个相电流也是对称的,计算出一个可照写另两个.每一相负载的阻抗：若负载为电动机的一相绕组,则R为绕组电阻,X为绕组感抗每一相负载电压与电流的相位差为:或φ也等于负载的阻抗角,也是功率因数角.相IVVVZUIUUUZUI22XRZRXarctgOZUZVUVWOOZWZRarccos江汉油田职工培训中心例：三相感性对称负载作星形连接,每相R=16Ω,X=12Ω,接到三相Y形电源上,电源相电U=220V求负载相电流。解：每相负载阻抗：每相负载电流：每相负载的电压与电流相位差(功率因数角)：思考题三相对称负载作Y形连接,每相负载R=3Ω,X=4Ω,接到三相Y形电源上,电源线电压U=380V,求负载相电流。087.361612arctgRXarctgOZUZVUVWOOZWuwv20)12()16(2222XRZAVZUI1120220相江汉油田职工培训中心线电流:线路上流过的电流叫线电流,用或IL表示.显然,这种电路可以证明:三相负载对称时,中线电流为零,中线可以去掉,成为三相三线制系统(下图);三相负载不对称时,中线电流不为零,中线不能去掉!中线有何作用?调整三相负载电压,使其对称.检测题:判断三相四线制电路的中线上不允许装开关和熔断器().线I相线IIv2v1w1u2u1w2OZUZVZWUVWO三相三线制系统OZUZVUVWOOZWI线I相江汉油田职工培训中心例：有一台三相异步电动机为星形接线,接到线电压为380V的对称电源上.当电动机在额定负载下运行时,它的每相等效电阻为8Ω,等效电抗为6Ω,试求电动机的电流和功率因数.解：负载和电源都是对称的，故可按一相计算：每相负载阻抗为：相电流为：线电流等于相电流：电动机的功率因数：VVUU22073213803线相10)6()8(2222XRZAVZUI2210220相相AII22相线80108ZRcos江汉油田职工培训中心2、三相负载的三角形连接三相负载依次首尾相连,构成一个闭合回路,再把三个连接点与电源三根火线相接,就构成了负载的三角形连接,见图.由于各相负载直接跨接在电源线电压上,所以,负载相电压等于电源线电压：三相负载对称时,三相电流也对称,计算出一相电流可以写出其它两相电流.相电流线相UUUVWZUVZVWZWUＩUＩWＩVUWVZUZUI线相相江汉油田职工培训中心每相负载阻抗：功率因数角：或三相负载对称时,线电流等于相电流的倍：而且,线电流滞后相电流300相位角.三相负载不对称时,需要分相计算!例：有一台三角形接法的三相异步电动机，满载时每相电阻R=9.8Ω，电抗XL=5.3Ω,并由线电压为380V的三相电源供电，试求电动机的相电流和线电流。解:电动机的每相阻抗为:相电压等于线电压,因而，相电流:线电流等于相电流的倍:22XRZRXarctg相线II3AAII15923433相线331.11)3.5()8.9(2222LXRZAVZUZUI234111380线相相ZRarccos江汉油田职工培训中心四、三相功率三相交流电路由三个单相交流电路组成,总功率等于三个单相交流功率之和:但是，可以证明,三相负载对称时,不管是Y形接法还是Δ接法,都有其中，是单相负载的功率因数角；U相、I相为相电压、相电流；U线、I线为线电压、线电流。wvuPPPPwvuQQQQwvuSSSS相相线线相相相cos3cos3IUIUP线线IUS3相线线相相相sin3sin3IUIUQ江汉油田职工培训中心例：一台星形接法的三相电动机,功率因数为0.72,接到相电压为220V的三相电源上,每相电流是10A,求电动机的有功功率和无功功率.解：电动机的三相绕组是三相对称负载,其有功功率：功率因数角为：无功功率因数为：无功功率为：视在功率为:思考题一台星形接法的三相电动机,功率因数为0.81,接到线电压为380V的三相电源上,每相电流是20A,求电动机的有功功率和无功功率.若电动机其他参数不变,只有接法改为三角形连接,再求电动机的有功功率和无功功率.WAVIUP4752720102203cos3相相相69.044sinsin0相var4585690102203sin3AVIUQ相相相04472.0arccos相VAAVIUS660010220333线线江汉油田职工培训中心第四节电磁感应发电机为何能够发电？因为运动导体在磁场中切割磁力线可以产生感生电动势。书P14图1-17(a)。一、磁场、感生电动势磁场:磁体周围存在着一种特殊物质,称为磁场.演示磁场通常用磁力线形象地描绘.在磁体外部,磁力线从N极出发经过空间到达S极.在磁体内部磁力线从S极到达N极,形成闭合曲线.磁体两磁极处磁性强,磁力线密,远离磁极的空间磁性弱,磁力线稀.规定:用磁力线的指向表示磁场方向.NS江汉油田职工培训中心感生电动势：运动导体在磁场中切割磁力线时,导体内部便产生感生电动势,感生电动势的大小为：感生电动势的方向用右手定则判定：伸开右手,使拇指与四指垂直,让磁力线垂直穿入手心，拇指指向导体运动的方向,则四指指向感生电动势的方向。问题:右图,导体棒垂直于纸面向里运动,感生电动势方向朝哪?导体哪端电位高?sinBlveBv导体棒江汉油田职工培训中心二、通电线圈的磁场线圈通电后,也会产生磁场,相当于一个磁铁.演示磁场存在.通电线圈的磁场方向与电流方向之间符合右手螺旋法则：把右手四指弯曲成螺旋状,拇指与四指垂直,四指绕向线圈电流的方向,则拇指指向磁场的方向.判断下图磁场方向.通电线圈的内部和两端磁性强.两端相当于磁铁的“磁极”,磁力线由“磁极”开始向空间逐渐发散.在线圈外部,磁力线从“N极”出发,到达“S极”,在线圈内部,磁力线从“S极”到达“N极”,形成闭合曲线.IERNS江汉油田职工培训中心三、磁通为了说明电磁感应现象,要引入磁通这一物理量.穿过一个面积S的磁力线的条数,叫做穿过这个面积的磁通。定义磁通:其中B为磁感应强度。同一个面积S,磁场强的地方磁通大,磁场弱的地方磁通小。如右图所示.SBNSSS江汉油田职工培训中心磁通穿过闭合导体回路，有何现象发生？四、楞次定律穿过闭合导体回路的磁通发生变化时,回路中便产生感生电流,感生电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通的变化。这就是楞次定律。利用它可以判定感生电流的方向。江汉油田职工培训中心例：图1-4