项目三三相交流电路的分析与测量;;任务一三相电源的连接
;一、三相交流电源
日常生活和工业中用到的三相交流电通常由三相发电机产生,即三相交流电源通常指的是三相发电机,其原理图如图3-1所示,图中标注1的部分为定子,标注2的部分为转子。在定子铁芯上均匀嵌入三个绕组,分别为U1U2、V1V2、W1W2,其中U1、V1、W1为绕组的始端,U2、V2、W2为绕组的末端,三个绕组在空间位置上相差120°。发动机转子铁芯上装有励磁绕组,通入直流电流,在定子和转子之间的空气空隙中产生磁场。三相对称电动势的示意图如图3-2所示。;对称三相电动势的瞬时值表示式为;式(2-70)中的瞬时电动势用瞬时电压来表示为式(2-73),波形图如图3-3所示。;式(2-73)三组电压称为三相电源,每个电压就是一相,依次称为U相、V相和W相。它们的相量表达式为;二、三相交流电源连接
三相交流电源有星形(Y)联结和三角形(Δ)联结两种连接方式,以构成一定的供电系统向负载供电。
1.星形(Y)联结
三相交流电源的星形(Y)联结如图3-5所示,将三相电源的三个负极端连接在一起,形成一个结点N,称为中性点。再由三个正极端U、V、W分别引出三根输出线,称为端线(俗称相线)。这样就构成了三相电源的星形联结,中性点也可以引出一根线,这根线称为中性线。三相电路系统中有中性线时,称为三相四线制电路,无中性线时,称为三相三线制电路。;
端线与中性点之间的电压称为相电压,分别用U·UN、U·VN和U·WN来表示U、V、W三相的相电压。
U·UN=U·U
U·VN=U·V
U·WN=U·W(2-75)
每两根端线之间的电压称为线电压,分别用U·UV、U·UW和U·WU来表示,它们与相电压的关系为
U·UV=U·U-U·V
U·VW=U·V-U·W
U·WU=U·W-U·U(2-76);设三相电源的相电压是对称的,设U·U=U/0°,将式(2-74)代入式(2-76)得;由式(2-78)可得出如下结论:三相交流电源作星形联结时,若相电压是对称的,那么线电压一定也是对称的,并且线电压的有效值(幅值)是相电压有效值(幅值)的3倍,在相位上线电压超前于相应两个相电压中的先行相30°,如U·UV超前U·U30°,U·VW超前U·V30°等,相位图如图3-6所示。;2.三角形(Δ)联结
三相交流电源的三角形(Δ)联结如图3-7所示,将三相交流电源的三相正、负极依次连接,即U2与V1、V2与W1、W2与U1分别相连接,再从三个连接点引出三根端线,这种方式称为三相交流电源的三角形联结。;三相交流电源的三角形联结要求每相的始端和末端一定要连接正确,因三相交流电源作三角形联结时,三相形成一个闭合回路,只有连接正确时,U·U+U·V+U·W=0才成立,闭合回路中不会产生电流;如果某一相接错了,那么U·U+U·V+U·W≠0,由于三相电源的内阻抗很小,在回路内形成很大的环流,将会烧毁三相电源设备。为避免此类现象,可在连接电源时串接一电压表,根据该表读数来判断三相电源连接正确与否。
显然,三相交流电源使用三角形(Δ)联结时,线电压与相应的相电压相等,即
U·UV=UU
U·VW=UV
U·WU=UW(2-79);任务二三相交流负载连接
;一、负载接入三相交流电源的原则
(1)为了使负载能够长期、安全可靠地工作,应按照电源电压等于负载额定电压的原则将负载接入三相电源,负载在高于或低于额定电压的情况下进行运转都会受到损伤;
(2)当有多个负载时,应使多个负载尽可能均匀地分布到三相电源上,力求使三相电源的负载均衡、对称。这样可以更合理、更有效地使用三相交流电源。;二、三相交流电中负载的连接方法
1.单相负载
生活中大量使用的照明灯具、家用电器的额定电压都是220V,根据上述原则,应将这些负载接在相线与中性线之间。当有多个负载时,应使它们均匀分布地接在三相电源的三条相线与中性线之间或三条相线之间。
有的单相负载,如工业控制用的继电器和接触器的励磁线圈,它们的额定电压大多是380V,这样的单相负载就应接在电源的两条相线之间,如图3-8所示;
2.三相负载
以三相电阻炉为例,它本身由三个互相关联的发热元件组成一个整体。根据其额定电压的不同,应以不同的方式接入三相电源。例如,三相电阻炉每一个发热元件的额定电压UN=220V,三个发热元件应该以星形方式接在三条相线之间;如果三相电阻炉的每一个发热元件的额定电压UN=380V,三个发热元件应该以三角形方式接在三条相线之间,如图3-9所示。;任务三三相交流电路的功率分析;由于在工程实际中,线电压、线电流的数值能够比较容易地测量出来,所以用线电压、线电流计算三相电路的功率更有实用意义。
对称负载星形联结时,负载的相电压Up=(1/3)UL,负载的相电流Ip=I