汽車電工電子技術(shù)課件 項(xiàng)目二-任務(wù)3 三相正弦交流電路的分析與測(cè)試

汽車電工電子技術(shù)項(xiàng)目二汽車交流電路分析三相正弦交流電路的分析與測(cè)試任務(wù)3任務(wù)描述車用交流發(fā)電機(jī)是給汽車電氣系統(tǒng)提供主要電源的硅整流發(fā)電機(jī),由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此在掌握單相交流電的基礎(chǔ)上,必須了解三相交流電的特性。

任務(wù)引導(dǎo)1.單相交流電和三相交流電有什么區(qū)別?2.三相交流電在生活中有哪些應(yīng)用?請(qǐng)思考：

在磁極N、S間放一圓柱形鐵芯,圓柱形鐵芯表面上對(duì)稱安置了三個(gè)完全相同的線圈,稱作三相繞組,每個(gè)繞組稱作發(fā)電機(jī)的一相繞組。繞組AX、BY、CZ分別稱作A相繞組、B相繞組和C相繞組。A、B、C表示各相繞組的始端,稱作“相頭”;X、Y、Z表示各相繞組的末端,稱作“相尾”。三個(gè)相頭之間(或相尾之間)在空間上彼此互差120°相角。電樞表面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是按正弦規(guī)律分布的。當(dāng)電樞由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)沿逆時(shí)針方向等速旋轉(zhuǎn)時(shí),各繞組內(nèi)感應(yīng)出頻率相同、振幅相同,而相位互差120°的電動(dòng)勢(shì),即三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)一、三相交流電源三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流發(fā)電機(jī)示意圖1.三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生電源是產(chǎn)生或提供電能的裝置電源分為交流電源和直流電源交流電源的電動(dòng)勢(shì)和電流的大小與方向隨時(shí)間在變化，通常用AC表示；而直流電源的電動(dòng)勢(shì)和電流的大小與方向不隨時(shí)間周期變化，通常用DC表示一、三相交流電源

以A相繞組中電壓uA經(jīng)過零值時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),則B相繞組中電壓uB比A相電壓uA滯后120°,C相繞組電壓比A相電壓uA滯后240°或超前120°,它們的解析式為1.三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生一、三相交流電源三相電壓的相量圖和波形圖

對(duì)稱三相正弦量(包括對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)、對(duì)稱三相電壓、對(duì)稱三相電流)中三個(gè)正弦量的瞬時(shí)值之和為零,表示對(duì)稱三相正弦量的三個(gè)矢量之和也為零三相電壓到達(dá)幅值的先后次序稱為相序。按A—B—C次序循環(huán)下去稱為順相序;按A—C—B次序循環(huán)下去稱為逆相序。相序是由發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)方向決定的,工程上通用的相序是順相序。在實(shí)際應(yīng)用中,各相繞組用相色加以區(qū)別:第一相(A相)為黃色,第二相(B相)為綠色,第三相(C相)為紅色。1.三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生一、三相交流電源三相交流發(fā)電機(jī)的每一相自成一個(gè)獨(dú)立的電源,可以各自單獨(dú)與負(fù)載接成回路（1）三相電源的星形連接

在我國(guó)的低壓配電線路中,都是采用星形連接的。將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的相尾X、Y、Z連接在一起,形成一個(gè)節(jié)點(diǎn),稱為電源的中性點(diǎn)或零點(diǎn),用字母N表示,中性點(diǎn)N的引出線稱為中性線(或零線)。將相頭A、B、C引出做輸出線,這種連接方式稱為星形連接。從相頭A、B、C引出的三根線稱為相線,俗稱火線。uAB+uBC+uCA=02.三相電源的連接一、三相交流電源三相交流發(fā)電機(jī)的每一相自成一個(gè)獨(dú)立的電源,可以各自單獨(dú)與負(fù)載接成回路（1）三相電源的星形連接端線間的電壓稱作線電壓,用uAB、uBC、uCA表示。假設(shè)在A、B兩端接上負(fù)載,這個(gè)負(fù)載上電壓的參考方向是從端點(diǎn)A指向端點(diǎn)B。根據(jù)基爾霍夫電壓定律,可知三個(gè)線電壓之和為零，通常用UL表示對(duì)稱的三個(gè)線電壓的有效值。uAB+uBC+uCA=02.三相電源的連接電源每相繞組兩端的電壓稱為電源的相電壓。相電壓用符號(hào)uA、uB、uC表示。電源作星形連接又有中線引出時(shí)，電源引出處端線與中線間的電壓就是電源的相電壓。一般電源繞組的阻抗很小，故不論電源繞組中有無電流，常認(rèn)為電源各相電壓的大小就等于相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。因一般情況下電源三相電動(dòng)勢(shì)是對(duì)稱的，故電源三相電壓一般也是對(duì)稱的。用UP表示對(duì)稱的三個(gè)相電壓的有效值。一、三相交流電源根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得2.三相電源的連接現(xiàn)在來研究三相電源星形連接時(shí),線電壓與相電壓間的關(guān)系用矢量表示為由此得出結(jié)論:當(dāng)三個(gè)相電壓對(duì)稱時(shí),三個(gè)線電壓也是對(duì)稱的,線電壓的有效值是相電壓有效值的根號(hào)3倍。線電壓UAB較相電壓UA超前30°;同樣UBC較UB,UCA較UC都超前30°。三個(gè)線電壓矢量所構(gòu)成的星形位置相當(dāng)于三個(gè)相電壓矢量所構(gòu)成的星形位置沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了30°。（1）三相電源的星形連接一、三相交流電源電源星形連接并引出中線時(shí),可以供應(yīng)兩套對(duì)稱的三相電壓,一套是對(duì)稱的相電壓,另一套是對(duì)稱的線電壓。目前,在電力電網(wǎng)的低壓供電系統(tǒng)(又稱市電)中,電源接法是中性點(diǎn)接地的星形連接并引出中線(零線)。此系統(tǒng)供電的線電壓為380V,相電壓為220V,寫作“電源電壓380V/220V”,稱為“三相四線制”三個(gè)相電壓只有在對(duì)稱時(shí)它們的和才為零,不對(duì)稱時(shí)它們的和不為零。而三個(gè)線電壓之和則不論對(duì)稱與否均為零(uAB+uBC+uCA=uA-uB+uB-uC+uC-uA=0)通過端線的電流叫作線電流。規(guī)定線電流的參考方向?yàn)樽噪娫炊酥赶蜇?fù)載端,以iA、iB、iC表示。流過發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)的電流叫電源的相電流。規(guī)定電源相電流的參考方向與電源電動(dòng)勢(shì)的參考方向相同,即自相尾指向相頭。當(dāng)發(fā)電機(jī)繞組接成星形時(shí),電路中的線電流與相應(yīng)電源的相電流顯然是相等的。2.三相電源的連接（1）三相電源的星形連接一、三相交流電源2.三相電源的連接（2）三相電源的三角形連接

三相電源內(nèi)三相繞組接相序依次連接,即A相的相尾X和B相的相頭B連接,B相的相尾Y和C相的相頭C連接,C相的相尾Z和A相相頭A連接,引向負(fù)載的三根端線分別與相頭A、B、C相連。這樣的連接方式稱為三角形連接。

可以看出,三相電源作三角形連接時(shí),線電壓就是相電壓由于發(fā)電機(jī)每相繞組本身的阻抗是較小的,所以,當(dāng)接成三角形時(shí),其閉合回路內(nèi)的阻抗并不大。通常因回路總電壓uA+uB+uC=0,所以在負(fù)載斷開時(shí)電源繞組內(nèi)并無電流。若回路總電壓不為零,即使外部沒有負(fù)載,閉合回路內(nèi)仍有很大的電流,這將使繞組過熱,甚至燒毀。所以做三角形連接時(shí),連接之前必須檢查。一、三相交流電源2.三相電源的連接（2）三相電源的三角形連接按三角形連接的三相電源與負(fù)載相接時(shí),繞組內(nèi)及線路上均有電流通過,線電流及電源相電流的參考方向規(guī)定如前。三角形連接時(shí),電源相電流用iBA、iCB、iAC表示,雙下標(biāo)的順序表示參考方向。如圖所示根據(jù)基爾霍夫電流定律可得：用矢量表示為：一、三相交流電源2.三相電源的連接（2）三相電源的三角形連接

三相電源三角形連接時(shí)電流的矢量圖如圖所示，若電源三個(gè)相電流是對(duì)稱正弦量,那么三個(gè)線電流也是對(duì)稱正弦量。

若對(duì)稱相電流的有效值為Ip,對(duì)稱線電流的有效值為I1,同樣可得當(dāng)三相電流對(duì)稱時(shí),線電流的有效值是相電流有效值的根號(hào)3倍。線電流比對(duì)應(yīng)相電流滯后30°。二、三相負(fù)載的連接1.三相負(fù)載的星形連接

圖中三相電源和三相負(fù)載都是星形連接的三相四線制。三相四線制的負(fù)載最常見的為照明用的電燈等。電燈、電烙鐵、電風(fēng)扇和電視機(jī)等屬于單相負(fù)載。當(dāng)它們的額定電壓是220V時(shí)應(yīng)接在低壓供電系統(tǒng)(電壓為380V/220V)的端線與中線之間。當(dāng)這些單相負(fù)載分別接到不同相的端線上就構(gòu)成一組三相星形負(fù)載。規(guī)定相電流的參考方向與相電壓的參考方向一致。負(fù)載端的線電壓與相電壓的關(guān)系為：若每相負(fù)載的阻抗和阻抗角都相同,則稱為對(duì)稱負(fù)載。三相電路中若電源對(duì)稱,負(fù)載也對(duì)稱,則稱為三相對(duì)稱電路。二、三相負(fù)載的連接1.三相負(fù)載的星形連接相電源三角形連接時(shí)電流的矢量

在三相四線制中,因?yàn)橛兄芯€的存在,負(fù)載的工作情況與單相交流電路相同。若忽略連接導(dǎo)線的阻抗(線路上的損耗),則負(fù)載相電壓等于發(fā)電機(jī)繞組上對(duì)應(yīng)的相電壓,即負(fù)載各相電流為相電壓與相電流的相位差等于各相負(fù)載的阻抗角,即

規(guī)定中線電流的參考方向?yàn)樽载?fù)載的中性點(diǎn)N1指向電源中性點(diǎn)N,根據(jù)基爾霍夫電流定律可知,中線電流IN為：二、三相負(fù)載的連接1.三相負(fù)載的星形連接

對(duì)于三相對(duì)稱負(fù)載,各相電流也是對(duì)稱的,那么三相電流的矢量和等于零,即中線電流為零。三相異步電動(dòng)機(jī)是對(duì)稱三相負(fù)載,故可對(duì)它采用三相三線制供電。當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí),假使只需計(jì)算電壓、電流有效值,則計(jì)算上可簡(jiǎn)化為只計(jì)算一相。

對(duì)于星形接法的對(duì)稱負(fù)載:相電壓為相電流為各相功率因數(shù)為式中,Z為每相負(fù)載的阻抗;R為每相負(fù)載的電阻;φ為各相負(fù)載的阻抗角。二、三相負(fù)載的連接2.三相負(fù)載的三角形連接

當(dāng)負(fù)載的額定電壓等于電源的線電壓時(shí),負(fù)載應(yīng)連接成三角形。各相負(fù)載分別接于A、B間,B、C間,C、A間,構(gòu)成一個(gè)三相三角形負(fù)載,如圖所示。負(fù)載為三角形連接時(shí)不用中線,故不論負(fù)載對(duì)稱與否電路均為三相三線制。規(guī)定三角形負(fù)載相電壓的參考方向與線電壓的參考方向相同,故負(fù)載相電壓等于線電壓。規(guī)定三角形負(fù)載相電流的參考方向與相電壓的參考方向一致,以iAB、iBC、iCA表示,雙下標(biāo)順序?yàn)閰⒖挤较?。各相電流為線電流為

根據(jù)基爾霍夫電流定律,三個(gè)線電流之和為零,即對(duì)稱三相負(fù)載

負(fù)載的相電流二、三相負(fù)載的連接2.三相負(fù)載的三角形連接

負(fù)載相電流也是對(duì)稱的,其矢量圖如圖所示。不難看出負(fù)載相電流對(duì)稱時(shí),線電流也是對(duì)稱的。線電流和負(fù)載相電流的關(guān)系與線電流和電源相電流的關(guān)系一樣,即線電流是對(duì)應(yīng)負(fù)載相電流的根號(hào)3倍,而滯后于對(duì)應(yīng)負(fù)載相電流30°。電流有效值的關(guān)系,很容易從矢量圖上得出,即由此得出

三、三相電功率

一個(gè)三相電源發(fā)出的總有功功率等于電源每相發(fā)出的有功功率的和,一個(gè)三相負(fù)載接受的總有功功率等于每相負(fù)載接受的有功功率的和,即每相負(fù)載的有功功率等于負(fù)載的相電壓乘以相電流及功率因數(shù),即代入即得在對(duì)稱三相電路中,每相有功功率相同對(duì)于星形連接,考慮到相電流就是線電流