电工技术项目化教程 课件 项目5 三相交流电路分析

电工技术项目化教程PART01项目1电路元件与万用表的认识PART02项目2直流电路分析PART03项目3安全用电PART04项目4单相正弦交流电路分析PART05项目5三相交流电路分析PART06项目6变压器的使用与维护目录CONTENTSPART05项目5三相交流电路分析项目5三相交流电路分析【项目任务单】知识目标(1)掌握三相交流电源的连接方法和三相四线制供电方式的特点。(2)了解三相负载的连接方法,掌握三相负载的有关计算方法。(3)了解功率表的工作原理和使用方法。能力目标(1)会测量三相交流电源电路和三相交流负载电路的参数。项目5三相交流电路分析三相交流电在生产、输送和运用等方面具有突出优点,因此交流电力系统都采用三相三线制输电、三相四线制配电。因为工作现场既有动力负载(如搅拌机、吊车等),又有照明负载,所以一般采用三相四线制供电。三相四线制就是三条相线、一条零线的供电体制。三条相线提供频率相同、幅值相等、相位互差120°的正弦交流电压,称为三相对称电压。单相交流电路就是三相交流电路中的一相,因此三相交流电路可视为三个特殊单相电路的组合。在三相电路对称或不对称有中性线时,三相交流电路可化简为单相电路来计算,故单相交流电路的分析计算方法,完全适用于三相交流电路。【知识链接】项目5三相交流电路分析一、三相电源的产生三相交流电是由三相交流发电机产生的,三相交流发电机的原理图如图56所示。【知识链接】项目5三相交流电路分析三相交流发电机与单相交流发电机的工作原理是相同的,不同之处在于三相交流发电机的定子上均布着匝数和尺寸都相同的三个绕组,U1-U2、V1-V2和W1-W2。它们在空间位置上各相差120°。其中U1、V1、W1分别为三个绕组的首端,U2、V2、W2分别为绕组的末端。三相交流发电机转子磁场在空间是按正弦规律分布的,当转子以角速度ω匀速转动时,将在定子的三个绕组中产生三个幅值、频率完全相同,相位互差120°的正弦感应电动势,称为对称三相电源,设它们的方向都是由末端指向始端。这三个电源依次称为U相、V相和W相,对应的电压称为相电压,如图56(b)所示。若以U相电压作参考正弦量,则它们的瞬时表达式为:相当于三个独立的电压源。它们对应的相量式为【知识链接】项目5三相交流电路分析三相对称电压的波形和相量如图57所示。由波形图和相量图可得出,三相电压瞬时值的和及其相量和均为零。三相交流发电机的每一相绕组都可以看作独立的电源,可以与负载单独闭合。但这种供电方式的供电线较多,结构复杂且很不经济,因此通常采用星形(Y)联结或三角形(△)联结。【知识链接】项目5三相交流电路分析(一)三相电源的星形联结将三相绕组末端连在一起,从首端引出三根线作为三相电源输出端,称为星形联结,如图58所示。末端连接点叫作中点,用N表示,从中点引出的线称为中性线(零线),从首端引出的线称为相线(端线)。【知识链接】项目5三相交流电路分析三相电源向三相负载引三根相线和一根中性线的三相电路,称为三相四线制。在三相四线制供电方式中,相线和中性线之间的电压称为相电压,用UA、UB、UC表示其有效值,且相位上相差120°。因此三相相电压是对称的,UA=UB=UC=UP。在三相四线制中,任意两极相线之间的电压称为线电压,用UAB、UBC、UCA表示其有效值。规定正方向脚标用字母的先后顺序标明。例如,线电压UAB的正方向是由A指向B,书写时顺序不能颠倒,否则相位上相差180°。根据基尔霍夫定律,从图58中可以得出线电压和相电压之间的关系为【知识链接】项目5三相交流电路分析其对应的相量式为以UA为参考矢量,根据上式可画出线电压与相电压的矢量图,如图59所示。【知识链接】项目5三相交流电路分析(二)三相电源的三角形联结把电源的三个绕组的每相绕组的首端与另一相绕组的末端依次连接成一个闭合的三角形,再从三角形的三个顶点连接处分别引出三根端线,这种接法称为三相电源的三角形联结,如图510所示。三角形联结后,三个绕组便形成了一个阻抗很小的闭合回路,但由于各相电压大小相等,相位依次互差120°,因此对称三相电压的相量和等于零,即此时,回路中无环流。如果出现三相绕组电动势不对称或者连接不正确的情况,则回路中电压相量和不等于零,三相绕组中将产生很大的环流,电源绕组会被烧坏。因此,连接发电机或变压器的三相绕组时要特别注意连接次序,以免发生重大事故。安全起见,在电源作三角形联结时,宜先接成开口三角形以待检验。即在开口两端点并联电压表,如图511所示。【知识链接】项目5三相交流电路分析【知识链接】项目5三相交流电路分析二、三相负载的联结实际工作和生活中,使用最为广泛的交流电供电方式为三相四线制供电,这就存在作为用电的负载,如何与三相四线制供电系统正确连接的问题。若连接不合适则可能造成设备的损坏或是不能正常工作。同时,负载连接到三相四线制供电系统后,还要考虑电路参数的测量问题,因为只有通过这些电路参数,才能判断负载工作是否正常、功率消耗是否合理等问题。根据用电器对电源的要求,可将负载分为单相负载和三相负载。工作时,只需单相电源供电的用电器称为单相负载,如电冰箱、电视机、照明灯等;需要三相电源供电才能正常工作的用电器称为三相负载,如三相异步电动机等。若每相负载的阻抗相等、性质相同,则称为三相对称负载,否则称为三相不对称负载(一)三相负载的联结方式三相负载的联结方式有两种:星形联结和三角形联结。【知识链接】项目5三相交流电路分析1.三相负载的星形联结三相负载星形联结时,一般要接成三相四线制,若三相负载对称,则可接成三相三线制。三相四线制星形联结如图512所示,每相负载的末端接在点N',并与电源中性线相连;负载的另外三个端点分别和三根相线A、B、C相连。每相负载的公共点称为负载中点,每相负载ZA、ZB、ZC分别接于电源各端线和中性线之间。这样,四根导线便把电源和负载连接起来,构成了三相四线制星形联结。【知识链接】项目5三相交流电路分析在三相电源和三相负载都是星形联结的三相四线制电路中,每相电源和该相负载相对独立,加在每相负载上的电压称为相电压。若不考虑线路压降,则负载的相电压就是电源的相电压,由于电源的三个相电压对称,因此负载上的相电压也是对称的。在星形联结的三相四线制中,每相电源独立向每相负载供电,由中性线把它们连成闭合电路。流经每相负载的电流叫相电流,每根相线中的电流叫线电流。若规定三相线电流的正方向为从电源端流向负载端,则线电流就是相电流。由图512可以看出2.三相负载的三角形联结三相对称负载也可以接成图513(a)所示的三角形。这时,加在每相负载上的电压是对称电源的线电压。【知识链接】项目5三相交流电路分析【知识链接】项目5三相交流电路分析因为各相负载对称,所以各相电流也对称,相电流为线电流、相电流的矢量图如图513(b)所示,从矢量图得【知识链接】项目5三相交流电路分析(二)对称三相电路和不对称三相电路1.对称三相电路的分析若三相电源对称(即每相电压相等),三相负载也对称(即每相复阻抗相等),这样的三相电路叫对称三相电路。在对称三相电路中(即电源是星形联结,负载也是星形联结),中性线线电流总是为零。中性线的有无不影响电路的工作状态,即中性线可以去掉。在实际应用中,三相负载绝对相等的情况较少,大多处于相对均衡的状态,为了防止负载出现严重不均衡的情况而损害电源,三相电路中的中性线必须保留。在对称的Y-△或△-△三相电路中,要求三相负载绝对相等,否则三相电源将受到严重损伤。2.不对称三相电路的分析三相电源、三相负载及线路阻抗中至少有一部分不对称组成的三相电路,叫作不对称三相电路。在实际应用中,不对称三相电路大量存在,主要原因是三相负载的不对称。在对称的三相电路中若某一相负载发生短路(或开路),某一端线断开,该电路就失去了对称性,称为不对称电路。在三相不对称电路中,中性线是绝对不能省掉的,否则电源将受到损害。由于不对称三相电路的每一相都不同,因此分析和计算都要逐相进行。【知识链接】项目5三相交流电路分析为了确保电源不受损害,负载不相互影响,应尽量使三相电路对称运行。三相负载可接成星形或三角形。当三相负载的额定电压与电源的相电压相同时,则应接成星形;当三相负载的额定电压与电源的线电压相同时,应接成三角形。(1)三相负载星形联结。当负载对称时,有当负载不对称时(三相四线制),有【知识链接】项目5三相交流电路分析由上述分析可知,当负载对称时中性线电流为零,有无中性线均可。当负载不对称时中性线电流不为零,这种情况下中性线一旦断开,负载上的电压便有高有低,不再是对称电压,负载将不能正常工作,甚至造成严重后果。中性线的作用:不论负载对称与否,均使三相负载各相的电压等于电源的相电压,确保各相负载在对称的电压下正常工作。为防止中性线断开,中性线上不允许接熔断器或开关。(2)三相负载三角形联结。当负载对称时,有当负载不对称时,有【知识链接】项目5三相交流电路分析(三)