三相交流电的功率

第七节三相交流电火力发电站风力发电站核能发电站太阳能发电站水力能发电站2-54各种发电方法在科技飞速发展的今天，无论是日常生活还是工农业生产，都需要大量的电能,人们期待清洁能源的早日到来。目前使用电能大多是由火力、水力转化而来，风力、太阳能、核能发电还不多（如图2-52所示）。但电源大多都采用了三相交流电供电，下面我们就来学习三相交流电。由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路，所谓三相交流电路是指由三个频率相同、最大值（或有效值）相等、在相位上互差120°电角的单相交流电动势组成的电路，这三个电动势称为三相对称电动势。用导线把电源和负载正确的连接起来，就构成了三相交流电路，简称三相电路，把组成三相交流电路中的每一相电路称为一相1、三相交流电的产生一、什么是三相交流电路二、三相交流电的产生：三相交流电的产生就是指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，它是在单相交流发电机的基础上发展而来的，如图2-53所示磁极放在转子上，一般均由直流电通过励磁绕组产生一个很强的恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割转子磁场而感应出三相交流电动势。图2-55三相发电机（3）由于三相绕组的空间位置互差120°，所以，三个电动势之间相互存在着120°的相位差。（1）由于转子带动三相绕组等速旋转，所以，这三个电动势的频率相同；（2）由于每相绕组的几何形状、尺寸和匝数相同，因此，三个电动势的最大值和有效值均相等；这三个电动势具有以下特点：tEesinmA)120sin(mBtEe)120sin()240sin(mmCtEtEe图2-56对称三相电动势波形图和相量图三个电动势到达最大值的顺序称为相序。通常把电动势从零开始，首先到达最大值的那一相定为相，并选用相得电动势作为参考电动势，则相电动势比滞后120°，相得电动势比滞后120°。因此，三相对称交流电动势的相序为,这个相序又叫正相序或顺相序，当相绕组确定后，三相交流电电动势的相序就应按顺相序的要求来确定。把这种最大值相等、频率相同、相位差互差120°的三相电动势叫做三相对称电动势。在图2-50中还可看出三相正弦交流电动势的相量和也等于零，即三相发电机的三个绕组不是分别单独向外送电，而是按照一定的方式连接成一个整体向外送电。绕组的连接方式一般有星形（Y）连接和三角形（△）连接两种方式。0CBAeee从(图2-54)中可以看出，三相交流电动势在任一瞬间其三个电动势的代数和为零。即0CBAEEE2、三相电源的供电方式在三相四线制线路中，各相线与中线之间的电压叫做相电压，相电压的方向规定为有相线指向中线，日常生活中使用的单相交流电的电压均为相电压。由于三相绕组的末端连在一起，所以，任意两根相线之间存在着电压，这个电压叫做线电压。线电压的正方向由脚注字母的先后次序决定。例如，的电压方向为由端指向端，书写时不能任意颠倒，否则，在相位上将相180°。1.星形（Y）连接星形连接是把三相绕组的末端连接在一起，形成一个公共点，此点叫中性点或零点。由中性点及三个绕组的首端分别向外引出连接线，如(图2-55)所示。可见星形连接的三相交流发电机有4条输电线路，因此，这种供电系统也称为三相四线制。从中性点引出的导线叫中线，为了安全，通常将中线接地，因此，中线也叫零线或地线。从绕组首端引出的导线称为相线（俗称火线）。图2-57星形连接三相四线制供电线路三相交流电与单相交流电相比，有以下优点：1.在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。2.在输电方面：如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样距离，三相输电线比单相输电线节省材料。3.在用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好工作可靠等优点。线电压与相电压之间的数量关系为三相四线制供电系统有以下特点：（1）三个相电压和三个线电压均为三相对称电压（2）线电压的大小等于相电压的倍（3）各线电压在相位上比它所对应的相电压超前30°日常生活中使用的三相四线制供电系统中，相电压为220V，由此可知线电压为V380V2203相线UU3三相交流电与单相交流电相比，有以下优点：1.在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。2.在输电方面：如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样距离，三相输电线比单相输电线节省材料。3.在用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好工作可靠等优点。三相发电机的绕组也可以作三角形连接(图2-57)，即把一个绕组的末端和另一个绕组的首端顺序连成闭合回路，再从这三个连接点引出三根引线，这种只用三根端线供电的方式称为三相三线制。由图2-57可知，三个绕组组成三角形时，线电压就是相电压，即相线UU在三相绕组构成的闭合回路中，虽然同时存在着三个电动势，但由于它们的瞬时值的代数和或有效值的矢量和等于零，即0CBAeee0CBAEEE或即回路中的总电动势为零，因此，三相绕组中的环电流也为零。但若三相电动势不对称，或是把其中的某一相接反，则此时三个电动势的矢量和不为零，在三相绕组中便会产生很大的环流，将可能导致电机烧毁，因此，发电机很少作三角形连接。2.三角形（△）连接交流电路中的用电设备，大体可分为两类：一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三相负载,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为三相对称负载，如三相电动机、三相变压器等。另一类是只需接单相电源的负载，它们可以按照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上。对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的复阻抗一般不相等，称为三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。三相负载也有两种连接方式，即星形（Y）连接和三角形（△）连接。1.三相负载的星形（Y）连接：图2-60三相负载的星形连接图2-60三相负载的星形连接3、三相负载的连接相电流：流过每相负载的电流线电流：流过相线的电流AIBICI星形接法特点：相电流=线电流LPII如果负载为对称三相负载时，那么流过每相负载的电流也对称，即AACBAZUIII120并且各相电流之间的相位差仍为120因此，计算三相对称负载电路时，只需计算其中一相，其它两相只是相位互差。由于中线内没有电流通过，故可以省去中线，成为星形连接的三相三线制供电电路，中线省去后，三个相电流借助于各相线及各相负载形成回路。图2-61三相负载的三角形连接结论：1.若负载对称（）则三相电流也对称。*只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。中线电流*零线可以取消-------三相三线制2.负载不对称时，各相需单独计算，每相负载电流可分别求出。中线电流---必须有中线(三相四线制)由于三个相电流是对称的，所以三个线电流也必然是对称的，其大小为相电流的，在相位上互差，并且，各线电流滞后各相应的相电流。结论：若负载对称，相电流和线电流对称。滞后与之相对应的若负载不对称,由于电源电压对称,故负载的相电压对称,但相电流和线电流不对称。2.三相负载的三角形（△）连接三相负载的三角形连接方法如图所示。把每相负载分别接在电源两端线之间，所以，不论负载是否对称，各相负载所承受的相电压均为电源的线电压，由于各相阻抗相等，性质相同，因此，各相电流也是对称的。在实际应用中，三相负载究竟采取那种联结方式取决于电源电压和负载的额定电压,原则上应使负载的实际工作相电压等于额定相电压。*负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。结论：若负载对称，相电流和线电流对称。滞后与之相对应的若负载不对称,由于电源电压对称,故负载的相电压对称,但相电流和线电流不对称。PL3IILI30PI如:某三相异步电动机,三相绕组的额定电压是220V,若电源电压分别为380V和220V,应采取那种联结方式?答:电源380V:Y形联结电源220V:△形联结若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。三相交流电同单相交流电一样，也有有功功率、无功功率、视在功率。三相负载不管采用何种连接方式，其总的有功功率的计算方法和单相电路的计算方法是一样的。三相总有功功率CBAPPPP负载对称时，不论是星形连接还是三角形连接，其功率为cos3LLIUP同理，可分别计算出无功功率和视在功率分别为：sin3LLIUQ22LL3QPIUS4、三相交流电的功率【例题2-7】有一台三相电阻炉（对称负载），每相的电阻68.8R在380线电压的作用下，当电阻炉接成三角形或星形时，各从电网取用多少功率？试问：解在线电压为380V的作用下，电阻炉接成三角形时，相电压等于电源的线电压，即V380LPUU相电流为43.8AA68.8380LPRUI75.8AA8.4333PLII线电流为则电炉从电网中取用的有功功率为50WW)3808.753(cos3LLIUP若电阻炉接成星形时，每相负载的相电压为电源电压的31即LP31UU此时的相电流等于线电流。即LPII其大小为25.3AA68.83380PLPRUII电阻炉从电网中取用的有功功率为16.7kWW3803.253cos3LLUIP注意：安装照明电路:火线必须进开关；开关与灯具要串联；照明电路间要并联。严格遵守以下规则：1．实验器材和导线连接后，不允许有裸露的带电金属。2．实验中不准带电操作。3.安装后先自查，然后必须经教师检查同意后，才能接入电源。3.学习目标：认识三相电源；会用万用表检测三相电源的电压；能用电笔判别火线；操作中注意环境保护和人生安全。操作活动操作活动1.操作名称：三相电源电压的检测2.操作器材：三相电源、万用表、测电笔、开关、灯、灯座等。（7）整理好器材，做好卫生安全工作4.操作步骤：（1）仔细检查并认出三相电源是什么供线制。（2）用万用表交流电压500V档，检测三相电源各线间的电压，分出火线和地线（3）用电笔确认哪几根线为火线（4）按图2-60按装一个灯（任选一个电路）（5）检查无误后，接在你确认的火线与地线上，观察灯的情况。（6）观察结束后断开电源，将器材复原，放在原位。注意：安装照明电路:火线必须进开关；开关与灯具要串联；照明电路间要并联。严格遵守以下规则：1．实验器材和导线连接后，不允许有裸露的带电金属。2．实验中不准带电操作。3.安装后先自查，然后必须经教师检查同意后，才能接入电源。图2-62白炽灯原理图三相电源电压的检测一、学习评价目标自评操作体会：1能分清三相电源是什么供线制2能分出火线和地线3能正确连接白炽灯电路。4接上白炽灯能正常发光。5能整理好器材，做好卫生安全工作。师生总体评价