《汽车电工电子基础》课件 任务三 探究三相交流电及其特性

汽车电工电子基础模块四交流发电机供电电路任务三

探究三相交流电及其特性【任务目标】1）掌握三相交流电的相电压、线电压概念以及两者之间的关系；2）了解三相电源的联结方式；3）了解三相负载的联结方式。【三维目标】1）树立规范使用和爱护仪表意识；2）养成安全操作、严谨测量、认真记录和细致分析的学习态度；3）养成生命至上的生活习惯和精益求精的工匠品质。1）具备使用数字万用表测量三相交流电压的能力；2）具备正确联结三相负载供电电路的能力。知识目标：核心素养：技能目标：【任务描述】【任务描述】

汽车上发电机产生的交流电为三相交流电。通过实施数字万用表测量三相交流电源的相电压与线电压任务，来介绍三相正弦交流电的相关知识、三相电源和三相负载的联结方式。【知识链接】目录CONTENTS一、三相正弦交流电三、三相负载的联结二、三相电源的联结四、对称三相电路的功率一三相正弦交流电1.对称三相交流电表达式在本模块的任务一曾介绍交流发电机的转子旋转时，转子磁场会随同一起旋转，转子磁场每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组中感应出频率相同，幅值相等，相位互差120o的感应电动势。此感应电动势是按正弦规律变化的，俗称对称三相正弦感应电动势。其波形和相量图见图4-11，其瞬时表达式为：在三相电路中，把具有同频、等幅、相位互差120的三个正弦交流电，称为对称三相正弦交流电，包括对称三相正弦电压、对称三相正弦电流、对称三相电动势等。2.对称三相正弦交流电及其特点由图4-11对称三相电动势的波形图和相量图可以看出，对称三相正弦感应电势具有在任一时刻其瞬时值之和以及相量和都等于零的特点。对称三相正弦电压的频率相同，振幅相等，其区别是相位不同。相位不同，表明各相电压到达零值或正峰值的时间不同，这种先后次序称为相序。对称三相电动势组成三相电源，按一定方式联结后向负载输送电能。二三相电源的联结1.三相电源的星形联结方式

三相电源的星形联结方式如图4-25所示，将发电机三相绕组的首端A、B、C引出，尾端X、Y、Z连接在一起，称为三相电源的星形联结方式。

尾端相连形成的节点用N表示，称为中性点。从中性点引出的导线称为中性线或零线。从首端引出的三根输电线称为相线或端线，俗称火线。三相电源星形联结后，从电源引出四根导线向负载供电，这种方式称为三相四线制供电。图4-25三相电源的星形联结2.三相电源的星形联结供电电压

三相电源星形联结后向负载提供的电压有两种，如图4-26所示。

相电压：电源相线与中性线之间的电压称为相电压，分别为uA、uB、uC，参考方向由相线指向中性线。

线电压：电源任意两根相线之间的电压称为线电压，分别为uBA、uCB、uAC，参考方向由前下标指向后下标。图4-26三相电源的星形联结3.相电压和线电压的关系三个相电压就等于三相电动势（忽略发电机内阻抗压降），故UA、UB、UC一定对称，大小（有效值）用UP表示，以A相电压为参考相量，有：三个线电压分别等于对应的两个相电压之差（由相量形式的KVL方程），即3.相、线电压之间的关系图4-9相电压、线电压的相量关系图三个线电压也对称，大小（有效值，用UL表示）是相电压UP的

倍，相位超前相应的相电压30°，其相量表示式如下：3.相、线电压之间的关系

三相电源星形联结、采用三相四线制供电时，当负载接在相线与零线之间时，得到相电压；当负载接在相线与相线之间时，得到线电压。由表4-12序号2和3的测量值可知，低压配电系统中，相电压为220V，线电压为380V。4.三相电源的三角形联结方式

将发电机的三相绕组AX、BY、CZ依次首、尾相连，构成一个闭合的三角形回路，再从三个顶点A、B、C引出三根导线作为输电线形成三相电源的三角形联结，如图4-27所示。图4-27三相电源的三角形联结5.三相电源的三角形联结供电电压和供电电流三相电源三角形联结后，对外（负载）输出的线电压就是三相绕组的电动势，实际上就是电源相电压。对称相电流的有效值用Ip表示，对称线电流的有效值用Il表示，则有：当三相电流对称时，线电流的有效值是相电流有效值的3倍，线电流滞后对应的相电流30°。注意：三相电源联结成三角形时，各相绕组绝不能接反，否则会使回路总电动势不等于零，产生很大的环流，导致烧坏绕组。想一想：在图4-6中，某低压供电系统采用三相四线制供电方式，若电源线电压uAB=380

sin（314t−30°）V，试写出三个电源相电压uA、uB、uC的正弦函数表达式和各电压相量。三三相负载的联结三相负载的联结

三相电源输出的电压需要供负载使用。在三相负载中，如果各相的复阻抗相等，则称为对称三相负载，否则就是不对称三相负载。为了满足负载对电源电压的不同要求，三相负载也有星形和三角形两种联结方式。如图4-28所示，图4-28a为三相负载的星形联结，N为负载中性点，图4-28b为三相负载的三角形联结。

a）三相负载星型联结b）三相负载三角形联结图4-28三相负载联结三相笼型异步电动机介绍

三相笼型异步电动机主要由定子、转子和机座组成，如图4-30所示。电动机内静止部分称为定子，旋转部分称为转子。机座用于固定定子铁心和端盖，中小型电动机的机座通常采用铸铁制作，而大型电动机的机座则由钢板焊接而成。图4-30 三相笼型异步电动机结构图三相笼型异步电动机介绍图4-31 定子硅钢片

（1）定子

定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是异步电动机非转动的磁路部分，它由0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成的，其内表面上有许多分布均匀的槽沟，定子绕组就放置在槽内，如图4-31所示。定子绕组用绝缘铜线或铝线绕制而成，是电动机的电路部分，小型三相异步电动机的定子绕组通常用高强度漆包线绕制而成。三相笼型异步电动机介绍a）“Y联结”b）“△”联结图4-32 定子绕组的联结

三相异步电动机的定子绕组有3个，每个绕组的始端分别记作U1、V1、W1，末端分别记作U2、V2、W2。定子绕组的连接分为星形“Y”和三角形“△”两种，如图4-32所示。若将3个首端与三个电源连接，3个末端连接在一起，那么这种连接称为星形连接，记为“Y”，见图4-32a；若将三相绕组的每相绕组末端与另一相绕组的首端依次相连，然后再将3个首端与电源连接，那么这种连接方式称为三角形连接，记为“△”，见图4-32b。定子绕组的接线端子在机壳外面的接线盒内。当外加电压不变时，如将标称为星型联结的电动机接为三角形联结，那么电动机定子绕组线圈的电压为原绕组线圈电压的3倍，这样电动机定子绕组线圈会因流过的电流过大而发热。如果把三角形联结的电动机改为星型联结，那么电动机电子绕组线圈的电压为原线圈的

，电动机的输出功率就会降低。三相笼型异步电动机介绍图4-33转子

（2）转子

转子由转子铁心和转子绕组组成。转子铁心是电动机磁路的一部分，也是用0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成。在外圆上有许多均匀分布的平行沟槽，槽内放置转子绕组，如图4-33所示。三相笼型异步电动机介绍图4-34笼型转子绕组

图4-35绕线型转子

转子绕组分为笼型和绕线型两大类，其作用是产生感应电动势和电磁转矩。笼型转子的每个槽内都有一根裸导体，在深处铁心两端的槽口处，用两个端环把所有导体连接起来。如图4-34所示。与定子绕组相似，绕线型转子也是三相对称绕组，一般都接成“Y”形联结。三相绕组的3根引出线接到转轴上的3个滑环，通过电刷与外电路相连，如图4-35所示。绕线型异步电动机的转子结构比笼型的复杂，但绕线型异步电动机能获得较好的启动和调速性能，在需要大起动转矩时（如起重机械）往往采用绕线型异步电动机。三相笼型异步电动机介绍图4-36电动机铭牌

（3）铭牌

三相异步电动机的铭牌样式如图4-36所示。型号：Y112M-4中“Y”表示Y系列鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机），“112”表示电机的中心高为112mm，“M”表示中机座（L表示长机座，S表示短机座），“4”表示4极电机。有些电动机型号在机座代号后面还有一位数字，代表铁心号，如Y132S2-2型号中S后面的“2”表示2号铁心长（1为1号铁心长）。三相笼型异步电动机介绍

额定功率：电动机在额定状态下运行时，其轴上所能输出的机械功率称为额定功率。额定速度：在额定状态下运行时的转速称为额定转速。额定电压：额定电压是电动机在额定运行状态下，电动机定子绕组上应加的线电压值。Y系列电动机的额定电压都是380V。凡功率小于3KW的电机，其定子绕组均为星型联结，4KW以上都是三角形联结。额定电流：电动机加以额定电压，在其轴上输出额定功率时，定子从电源取用的线电流值称为额定电流。防护等级：指防止人体接触电机转动部分、电机内带电体和防止固体异物进入电机内的防护等级。防护标志IP44含义：IP——特征字母，为“国际防护”的缩写；44——4级防固体（防止大于1mm固体进入电机）；4级防水（任何方向的溅水都应不