電工技術教案 三相交流電路、變壓器—11

1、單相電源單相電源：只產(chǎn)生一個正弦交變電動勢，：只產(chǎn)生一個正弦交變電動勢，由兩根導線與負載相連。由兩根導線與負載相連。l電力系統(tǒng)的電源：電力系統(tǒng)的電源：三相電源三相電源：產(chǎn)生三個相同頻率、相同幅值、：產(chǎn)生三個相同頻率、相同幅值、相位依次相差相位依次相差1200的正弦交變電動勢，由的正弦交變電動勢，由三相（四線）輸電線與三相負載相連。三相（四線）輸電線與三相負載相連。三相電路優(yōu)勢：發(fā)電效率高、輸電省線材、三相電路優(yōu)勢：發(fā)電效率高、輸電省線材、配電方便接入、用電設備結構簡單。配電方便接入、用電設備結構簡單。雙回雙回220kV線路線路避雷線避雷線+eAeBeCXABYCZ+ 定子定子轉子轉子ZAXYN

2、SC-+B發(fā)電發(fā)電原理原理：轉子線圈通入直流產(chǎn)生磁場，外力驅動其轉動形成：轉子線圈通入直流產(chǎn)生磁場，外力驅動其轉動形成旋旋轉磁場轉磁場。定子繞組相對轉子作。定子繞組相對轉子作切割磁力線切割磁力線的運動，分別在的運動，分別在三三相繞相繞組中產(chǎn)生三個組中產(chǎn)生三個感應電動勢感應電動勢，對外負載提供三相交流電壓。，對外負載提供三相交流電壓。t02.發(fā)電機對稱三相電壓發(fā)電機對稱三相電壓0AEE0ABCEEE6323265267342335611eAeBeCtEemAsin)120sin(tEemB)120sin(CtEemBEAECE120BEE120CEE0eeeCBA+ +- -U U1 1U U2

3、 2u uA A+ +- -V V1 1V V2 2u uB B+ +- -W W1 1W W2 2u uC CA相相B相相C相相電壓達到峰值先后電壓達到峰值先后A為順序。為順序。否則，為逆序否則，為逆序(負序負序)。3.三相電壓的相序三相電壓的相序ACBACBZAZBZCACBZAZBZCACB4.4.三相電源與負載的聯(lián)接方式三相電源與負載的聯(lián)接方式1）電源繞組星形）電源繞組星形(Y)連接連接ACeAeBeCBNuBuCuAuABuBCuCA相電壓相電壓：每相繞組兩端的電壓，即端線與中線之間每相繞組兩端的電壓，即端線與中線之間的電壓。其有效值為的電壓。其有效值為UA、 UB、 UC，一般用，

4、一般用U p表示。表示。ACeAeBeCBNANBC線電壓線電壓：任意兩端線任意兩端線之間的電壓為線電壓。之間的電壓為線電壓。其有效值為其有效值為UAB、 UBC、 UCA，一般用，一般用Ul 表示。表示。區(qū)別區(qū)別:電源繞組端口與電源繞組端口與輸電線兩側輸電線兩側星形聯(lián)接的相電壓與線電壓星形聯(lián)接的相電壓與線電壓線電壓與相電壓的關系線電壓與相電壓的關系30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.UBAABUUUCBBCUUUACCAUUUCBBCuuuBAABuuuACCAuuu有效值相量表示：有效值相量表示：AABUU3線電壓與相電壓的有效值關系線電壓與相電壓的有效值關系同理，同理，plUU3

5、由電壓瞬時值的關系可知由電壓瞬時值的關系可知相量圖相量圖30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.U線電壓超前與之對應的相線電壓超前與之對應的相電壓的相位電壓的相位30，即：，即：oAAB30/U3UoBBC30/U3UoCCA30/U3U330lPUUYYYY星形聯(lián)接時：星形聯(lián)接時：我國多數(shù)用戶電壓等級：我國多數(shù)用戶電壓等級：Up =220V，Ul = 380V+ABVCAVBCVBACAVBVCVABAVVBCBVVCACVVlPUU星形聯(lián)接時：星形聯(lián)接時：(Y)( )ACBNZZZACBZZZ星形負載星形負載三角形負載三角形負載ABCN電燈電燈單相負載為三相四線制單相負載為三相四線制電

6、動機電動機三相負載為三相三線制三相負載為三相三線制6.3 負載的星形負載的星形聯(lián)接聯(lián)接|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACBlpIIplUU3星形聯(lián)接的線電壓、線電流星形聯(lián)接的線電壓、線電流|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB對于星形聯(lián)接的三相電路對于星形聯(lián)接的三相電路,每相負載中的電流為：每相負載中的電流為：;BBBZUI。CCCZUI;AAAZUICBANIIII三相對稱負載三相對稱負載當負載滿足以下條件時：當負載滿足以下條件時：ZZZZCBA我們稱負載是對稱的

7、，或稱我們稱負載是對稱的，或稱三相對稱負載三相對稱負載。此時，此時，三相電流也是對稱的，即大小相等，相三相電流也是對稱的，即大小相等，相位互差位互差120o。|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB此時中線電流等于零，此時中線電流等于零，即：即：CI.CU.BU.AU.AI.BI.BCA三相對稱負載的中線電流三相對稱負載的中線電流0IIIICBAN在對星形聯(lián)接三相對稱電路進行計在對星形聯(lián)接三相對稱電路進行計算時，一般只計算一相即可，其它算時，一般只計算一相即可，其它各相可直接寫出。各相可直接寫出。|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB|

8、ZA|ZB|ZC|i Ai Bi Cu Au Bu CACB三相對稱負載無中線三相對稱負載無中線6.4 6.4 負載三角形負載三角形聯(lián)接聯(lián)接ABCIII、 、ABIBCICAIZAZBZCACB(2) 相電流相電流ABABABVIZBCBCBCVIZACACACVIZ(1) 負載相電壓負載相電壓=電源線電壓電源線電壓即即: VP = VL即即ZABZBCZCAACB+CAVABVBCVBCIABICAIAIBICI線電流：線電流： ABCIII、 、AABCAIIIKCL：BBCABIIIBCCACIII 相量圖相量圖IBCIABI30AICAIIBIC(3) 線電流線電流。3030且落后相應

9、的相電流且落后相應的相電流(相電流),(相電流),3 3線電流線電流聯(lián)接時聯(lián)接時對稱負載對稱負載 : :結論結論 P IIl由相量圖可求得由相量圖可求得AABCAIIIBBCABIIIBCCACIII PP330cos2IIIl KCL：2cos303AABABIII2cos303BBCBCIII2cos303CCACAIII負載的額定電壓負載的額定電壓 = 電源的線電壓電源的線電壓應作應作 聯(lián)結聯(lián)結負載的額定電壓負載的額定電壓 = 電源線電壓電源線電壓31應作應作 Y 聯(lián)結聯(lián)結 三相電動機繞組可以聯(lián)結成星形，也可以聯(lián)結成三三相電動機繞組可以聯(lián)結成星形，也可以聯(lián)結成三角形，而照明負載一般都聯(lián)結

10、成星形（具有中性線）。角形，而照明負載一般都聯(lián)結成星形（具有中性線）。不論負載是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，三相電路不論負載是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，三相電路的總的有功功率必定等于的總的有功功率必定等于各相有功功率之和各相有功功率之和。CBAnnpnpnCBAIUPPPP,)cos(當當負載對稱負載對稱時時，各相的有功功率都是相等的。，各相的有功功率都是相等的。 因此三相總功率為：因此三相總功率為：cos33pppIUPP注意：注意：、為為負載的相電壓和相電流負載的相電壓和相電流； 為為相電壓與相電流之間的相位差角。相電壓與相電流之間的相位差角。6.5 三相電路的功率三相電路的功率ZAZBZCAC

11、B星形對稱負載的有功功率：星形對稱負載的有功功率：plUU3plII cos33pppIUPPcos3cos33llllIUIUZAZBZCACB三角形對稱負載的有功功率三角形對稱負載的有功功率:plUU plII333cospppPPU I3cos3cos3llllIUU I 不論負載如何連接，三相對稱負載的有功不論負載如何連接，三相對稱負載的有功功率表達式一致：功率表達式一致：cos3cos3llPPIUIUP無功功率無功功率sin3llIUQllIUS3視在功率視在功率6.6 三相正弦交流電路的分析三相正弦交流電路的分析負載負載 形接法形接法330lPPlIIVV各相電壓、電流各相電壓、

12、電流單獨計算單獨計算。負載不對稱：負載不對稱：負載對稱：負載對稱：電壓對稱、電流對稱，只需電壓對稱、電流對稱，只需計算一相計算一相。 三相電路的計算要特別三相電路的計算要特別注意相位注意相位問題。問題。 負載負載Y Y形接法形接法330lPlPIIVV將三相電路將三相電路分解為單相分解為單相正弦交流電路，采用正弦交流電路，采用相量法相量法分析。分析。例：圖示電路中，電源為對稱三相電源，線電壓例：圖示電路中，電源為對稱三相電源，線電壓UL380V，接，接有一組星形聯(lián)結的對稱白熾燈負載，其總功率為有一組星形聯(lián)結的對稱白熾燈負載，其總功率為120W。另外在。另外在C相上接有一個單相負載，額定電壓為相

13、上接有一個單相負載，額定電壓為220V、功率為、功率為60W、功率、功率因數(shù)為因數(shù)為0.6的日光燈。試求電流的日光燈。試求電流I1、I2、I3及及IN.=220 0220120220 120ABCUUU ，2A1220 01210 , A0.18 0 A1210PRUURIPR 230.18120 A, 0.18 120 AII 53 ,120 ,1205367uiui 36067 A0.455 67 Acos220 0.6iPIU 3330.09j0.58=0.59 81 AIII 1230.180.42=0.455 67NIIIIj解：令解：令白熾燈負載的電阻和電流為白熾燈負載的電阻和電流

14、為則則日光燈負載的電流為日光燈負載的電流為作作業(yè)業(yè) 6.3.3 6.4.2 6.4.3 6.5.2 6.5.3 變壓器是一種常見的電氣設備，作為變壓器是一種常見的電氣設備，作為電能轉換器電能轉換器，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。變電壓：變電壓：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 變阻抗：變阻抗：電子線路中的阻抗匹配電子線路中的阻抗匹配變電流：變電流：電流互感器電流互感器 ： 在能量傳輸過程中，當輸送功率在能量傳輸過程中，當輸送功率P =UI cos 及及負載功率因數(shù)負載功率因數(shù)cos 一定時：一定時：電能損耗小電能損耗小節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）節(jié)省金屬材料（經(jīng)濟）U I P = I

15、 RlI S為何要用變壓器來升降電壓？為何要用變壓器來升降電壓？在輸電過程中，電壓必須進行調整。在輸電過程中，電壓必須進行調整。隔離變壓器隔離變壓器大功率變壓器大功率變壓器單相變壓器單相變壓器三相干式變壓器三相干式變壓器常見變壓器：常見變壓器：油浸式變壓器油浸式變壓器變壓器的磁路變壓器的磁路1u2uLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+由高導磁硅鋼片疊成由高導磁硅鋼片疊成厚厚0.35mm 或或 0.5mm鐵心鐵心一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心變壓器核心組件變壓器核心組件1v2vLZ1i2i單相變壓器單相變壓器+一次一次繞組繞組N1二次二次繞組繞組N2鐵心鐵心電能電能磁場能磁場能電

16、能電能 (v1、i1) ( (變化的磁場變化的磁場電磁感應定律電磁感應定律) )( v2、i2)變壓器通過變壓器通過線圈繞組線圈繞組和和閉合鐵芯閉合鐵芯，利用，利用互感磁耦合互感磁耦合實現(xiàn)：實現(xiàn)：1. 空載運行情況空載運行情況一次側接交流電源，一次側接交流電源，二次側開路，無負載。二次側開路，無負載。0i02i1v+20v+2e+1e+1e+ 11N2N 1v dd11tNei0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空載時，鐵心空載時，鐵心中主磁通中主磁通 是是由一次繞組磁由一次繞組磁通勢產(chǎn)生的。通勢產(chǎn)生的。主磁通主磁通漏磁通漏磁通主磁通在一次、二次側繞組中產(chǎn)生感應電動勢

17、。主磁通在一次、二次側繞組中產(chǎn)生感應電動勢。2 負載運行情況負載運行情況一次側接交流電源，一次側接交流電源，二次側二次側。1v dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22i1 ( i1N1) i2 ( i2N2) 2有載時，鐵心中有載時，鐵心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次繞組磁次、二次繞組磁通勢共同產(chǎn)生的通勢共同產(chǎn)生的合成磁通。合成磁通。 dd2tiLe22 1v+1e+1e+ 11N2N i1 2i2+e 2+v2+e2tN11ddetN cosm1 )90t(sinm1 E1m144.4NfE 222111mmfNEE 有效值有效值:同同 理：理：)90t(sinm22

18、 Ee2m244. 4NfE t, sinm 根據(jù)根據(jù)KVL：11 1111 11 11jVR IEER IX IE變壓器一次側等效電路如圖變壓器一次側等效電路如圖11111EE4.44fNmVV 由于電阻由于電阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)較小較小,其兩端其兩端的電壓也較小的電壓也較小,與電動勢與電動勢 E 比較可忽略不計，則比較可忽略不計，則1E1R1I1V1E+一次側一次側一次側一次側根據(jù)根據(jù)KVL：2222222222jVEER IEX IR I1v+1e+1e+1N2N i1i2+e 2+v2+e2111222ENKENVV若一、二次側的繞組電阻很小，漏電感也很小，則：若一、二次側的繞組電阻很小，漏電感也很小，則：22VE一、二次側的電壓之比一、二次側的電壓之比等于匝數(shù)之比。等于匝數(shù)之比。11144. 4 NfEVmm10 Nim2211 NiNi1v+1e+1e+1N2N i1i2+e 2+v2+e2102211NiNiNi 一般情況下：一般情況下：變壓器的空載電流變壓器的空載電流 i0 很小，它的有效值很小，它的有效值是負載情況下的是負載情況下的10%以內，通?？梢院雎浴Ｒ詢?，通?？梢院雎?。221