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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°)V
eV = Emsin(ωt-120°)V eW = Emsin(ωt+120°)V

三个交流电动势到达最大值(或零)的 先后次序称为相序。 正序: U V W W V U U

负序: U

每相电动势的正方向是从线圈的末端指向 始端 ,即电流从始端流出时为正,反之为 负。

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 。

?

U UV

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
● ● ● ● ● ●

?

? UV

? U

U
?

?U
?

?U
?

V

U
?

VW

?U
?

V

?U
?

W

U

WU

?U

W

?U

U

利用几何知识可以得到:
U线 ?

3U 相

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:
? ? UV ? VW ? WU ? U ? V ? V ? W ? W

U

?U

?U

?U

?U

?U

?U

?U

?U

U

?0

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 3 倍,即 U线 =
3

U相Y

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 =
U 相Y Z相

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:
? ? a r c ta n
X
L

R

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

?

?

?

?

IN ? IU ? IV ? IW ? 0

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)

3

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 3 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=
3 I相Δ

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
P = PU + PV + PW = U U I U cos ? U ? U V I V cos ? V ? U W I W cos ? W

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,co s ? U 、co s ? V、co s ? W 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

当对称负载作星形连接时,有功功率为
PY ? 3U


I 相 cos ? ? 3

U线 3

I 线 cos ? ?

3U 线 I 线 cos ?

? 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

当对称负载作三角形连接时,有功功率为
P? ? 3U 相 I 相 cos ? ? 3 U线 3 I 线 cos ? ? 3U 线 I 线 cos ?

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
P ? 3U 线 I 线 cos ?

§6-3 提高功率因数的意义和方法

cos ?

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
cos ? ? 1

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。

cos ?

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( cos ? = 0.4)的荧光灯,可带400盏; 带40W(cos ? = 1)的白炽灯,可带1000盏。

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。


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