三相交流电路

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•（1）发电方面，比单相电源可提高50%；•（2）输电方面，比单相输电节省25%钢材；•（3）配电方面，三相变压器比单相变压器经济且便于接入负载；•（4）用电设备具有结构简单、成本低、运行可靠、维护方便等优点。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。•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。•三个绕组在空间位置上彼此相隔120°。•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。tEemUsin)120sin(tEemV)120sin(tEemW••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：UVW负序：UWV1、三相四线制采用三根相线（俗称火线）加中线（俗称零线）供电，中线由变压器中性点引出并接地。二、电源的星形（Y）连接a）电路原理图b）电流相量图•电压为380/220V，取任意相线与中线构成220V供电线路供一般家庭用，三根相线间电压为380V，供三相交流电机使用。这种星形连接方式（常用“Y”标记）向外供电的体制，称为三相四线制。•在中线接地的情况下，各相相电压即等于三根相线端的电位值，则三个线电压为)()()(UWUWWUWVWVVWVUVUUVUUUUUUUUUUUUUUU•根据上述关系，应用平形四边形法则相量求和的方法作出相量图。可知，线电压总是超前于对应的相电压30°。•根据相量图的几何关系可知，线电压也是对称的，数量是是相电压的，即PlUU3•2、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。•三相电源绕组的六个引出端依次首尾相接连成一个闭环，由三个连接点分别向外引出三根火线的供电方式，称为三相电源的三角形连接（常用“Δ”标记）。二、电源的三角形（Δ）连接•线电压等于相电压，即•其数值表达式为VVWUUPlUUUUVUUWWUUU•三相电源三角形连接，在电动势对称时三相电压的相量之和等于零，即•三相电源绕组作三角形连接时，各相绕组的首、尾端决不能接反。否则，将在电源内部引起环电流把电源烧毁，因此，在实际生产中发电机绕组很少接成三角形。0WVUUUU§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。•各相负载不同的三相负载称为不对称三相负载。一、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倍，即3PYlYUU3•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•对于感性负载来说，各相电流滞后对应电压的角度，即ZUIIPPYlYRXLarctan•1．对称三相负载负载星形连接时，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•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。•2．不对称三相负载三相负载不对称时，虽然阻抗端电压相量也对称，但相电流相量不对称，因此构成不对称三相电路。在不对称三相电路中，中线不允许断开，因为一旦中线断开，星接三相不对称负载端的电压就会出现严重不平衡。二、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）•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。•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倍。•线电流和相电流的关系为3PlUUPlII3三、三相负载的功率•若三相负载对称，各相负载相电压、相电流的有效值相等，功率因数也相等，因此上式可写成为式中，阻抗角是指负载相电压和相电流之间的相位差，而不是线电压和线电流之间的相位差。223sin33cos3PPPPPPPPQPSQIUQPIUP•在对称三相电路中，当负载Y接时，有功功率为•在对称三相电路中，当负载Δ接时，有功功率为cos3cos33cos3llllPYPYYIUIUIUPcos3cos33cos3llllPPIUIUIUP•因此，无论是Y接还是Δ接，各相功率都是相等的，此时三相总功率是各相负载功率的3倍，即llPPllPPllPPIUIUSIUIUQIUIUP33cos3sin3cos3cos3•需要指出的是，这样的表达并非指负载Y接和Δ接时功率相等。可以证明，一定时，相同负载Y接时的功率PY与Δ接时的功率PΔ之间的关系为YYYSSQQPP333§6-3提高功率因数的意义和方法•企业所用交流设备多数为感性负载，如电动机、变压器、感应加热炉、电磁铁、带镇流器的荧光灯等，计算它们的有功功率公式为是功率因数，它是电力系统的一个重要的技术数据。cosUIPcos一、提高功率因数的意义•1.电源设备的容量与功率因数的关系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=50kVA，则能带40W（=0.4）的荧光灯多少盏？若带带40W（=1）的白炽灯多少盏？coscos•解：荧光灯功率因数=0.4，有功功率都为50W，则荧光灯的视在功率S1而电源的容量S＝50kVA，因此其所能负载的荧光灯的盏数为1cosVAPS1254.050cos140125500011SSN•由于白炽灯是纯电阻器件，其功率因数为1，因此其所能负载的白炽灯的盏数为•又如，某用户所需有功功率为50kW，当功率因数0.4时需要125kVA（=50kW/0.4）的变压器；如果将功率因数提高到0.9，变压器的容量只要55kVA（=50kW/0.9）就行了。1005050002PSN•2.减小供电线路的功率损耗当负载的有功功率和电压一定时，线路的电流为可见，在电源电压一定的情况下，对于相同功率的负载，功率因数越小，线路中的电流就越大，消耗在输电线路和设备上的功率损耗就增加越大。反之，提高功率因数会大大降低线路损耗。cosUPI二、功率因数的提高•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.并接电容器补偿将电力电容器与感性负载并联，设感性负载原功率因数为并接上电力电容器后，由于电容器能为电感提供部分电流，从而使总电流由I1减小到I电路的功率因数也由提高到。1cos1coscosa）电路图b）相量图•在工厂供配电系统中，可采用个别补偿、分组补偿、集中补偿等不同的补偿方式。电力电容器集中补偿•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，反而会致使电路成为容性，功率因数反而降低了。