项目二 正弦交流电路的应用(2)

1、 汽车工程学院汽车工程学院 知识目标知识目标1.掌握相电压、线电压、相电流、线电流基本概念掌握相电压、线电压、相电流、线电流基本概念2.掌握三角形和星形接法的应用和两种接法的关系掌握三角形和星形接法的应用和两种接法的关系能力目标能力目标能够解决三相负载（三相交流电动机）的星形能够解决三相负载（三相交流电动机）的星形、三角形接法的问题三角形接法的问题。三相电源就是频率、幅值相同，而相位上互差三相电源就是频率、幅值相同，而相位上互差120的三个正弦电的三个正弦电压源按一定方式连接而成的，由三相电源供电的电路称为三相电路压源按一定方式连接而成的，由三相电源供电的电路称为三相电路 。由三相电源供电的体

2、系称为三相制由三相电源供电的体系称为三相制 。优点优点1）发电方面：比单相电源可提高功率）发电方面：比单相电源可提高功率50%2）输电方面：比单相电输电节省钢材）输电方面：比单相电输电节省钢材25%3）配电方面：三相变压器比单相变压器更经济，并且更容易接）配电方面：三相变压器比单相变压器更经济，并且更容易接 入负载入负载三相电源的产生三相电源的产生1、单相电源的产生、单相电源的产生NS AXe在两磁极中间，放一个线圈。在两磁极中间，放一个线圈。根据楞次定律可知，线圈中根据楞次定律可知，线圈中产生感应电动势，其方向由产生感应电动势，其方向由AX。让线圈以让线圈以 的速度顺时的速度顺时针旋转。针旋

3、转。 合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。端便可得到单相交流电动势。tEeAXsin22、三相交流电源的产生、三相交流电源的产生三相发电机示意图 在电枢上对称的安置了三个相同的绕组，即在电枢上对称的安置了三个相同的绕组，即AXAX、BYBY和和CZCZ。A A、B B、C C三端称为三端称为“相头相头”，X X、Y Y、Z Z三端称为三端称为“相尾相尾”。三个相头在空间。三个相头在空间上一定要相隔上一定要相隔120120。 定子定子转子转子3、瞬时值表达式、瞬时值表达式)240sin(2)()120sin(2)(

4、)sin(2)(oCoBAtUtutUtutUtuA+XuAB+YuBC+ZuC如果电压的参考方向由绕组始端如果电压的参考方向由绕组始端(A、B、C)指向末端指向末端(X、Y、Z)，且，且忽略发电机绕组的阻抗可能产生的电压降，则有忽略发电机绕组的阻抗可能产生的电压降，则有3、相量表示、相量表示oCoBoA1201200UUUUUU相量图相量图4. 对称三相电源的特点对称三相电源的特点00 CBACBA UUUuuu三相电源接法三相电源接法1、星型接法、星型接法星形联接星形联接(Y接接, Wye Connection)：把三个绕组的末端把三个绕组的末端 X, Y, Z 接接在一起，把始端在一起，

5、把始端 A,B,C 引出来。引出来。+ANX+BY+CZA UB UC UA+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IA+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC I中性点：三个电压源的尾端中性点：三个电压源的尾端X、Y、Z联在一起，形成的节点联在一起，形成的节点 相相 线：首端引出的三根输电线，俗称火线线：首端引出的三根输电线，俗称火线 中性线：由中性点中性线：由中性点N引出的输电线，俗称地线引出的输电线，俗称地线 或零线或零线由三个电压源的首端由三个电压源的首端A、B、C和中性点和中性点N分别引出四根线对外供分别引

6、出四根线对外供电，这种供电方式称为三相四线制电，这种供电方式称为三相四线制 l相电压：相电压：每一相电源的电压。每一相电源的电压。 ANuBNuCNuAANuuBBNuuCCNuu 相电流相电流l线电压线电压相线与相线之间的电压相线与相线之间的电压 ABuBCuCAuBAABuuuCBBCuuuACCAuuu线电流线电流BAABuuuCBBCuuuACCAuuuBAABUUUCBBCUUUACCAUUUl星形联结时相量图星形联结时相量图 BAABUUUCBBCUUUACCAUUUAABUU330BBCUU330CCAUU330由相量图可以看出：由相量图可以看出： AABUU330BBCUU33

7、0CCAUU330PLUU3Y形联接对称三相电源线电压与相电压有效值的关系：形联接对称三相电源线电压与相电压有效值的关系： U UL L线电压的有效值；线电压的有效值； U UP P相电压的有效值相电压的有效值A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IVUP220VU3801）（2203380三相四线制的供电系统，可以供给负载两种不同的电压。三相四线制的供电系统，可以供给负载两种不同的电压。线电压线电压例如电灯负载额定电压为例如电灯负载额定电压为220V220V，应接于三相电源的相线（火线），应接于三相电源的相线（火线）与中性线之间；若有个电焊机，其额

8、定电压为与中性线之间；若有个电焊机，其额定电压为380V380V，则应接于电，则应接于电源的两根相线（火线）之间。源的两根相线（火线）之间。通常工矿企业的低压供电系统中通常工矿企业的低压供电系统中相电压相电压 电源做星接时相、线电流有如下关系电源做星接时相、线电流有如下关系PLII I IL L线电流的有效值；线电流的有效值；I IP P相电流的有效值相电流的有效值AU、ABU、BCU。CAU星形联接的对称三相电源，如图所示，已知相电压为127V，试求其线电压。若 以为参考相量，写出【例】V2203UUpl1 2 7AU0V解： 若若线电压线电压220ABU30V220BCU90V220CAU

9、150V2、三角形接法、三角形接法三个电压源的始末端依次相联，三个电压源的始末端依次相联，构成一个闭合回路，然后由联构成一个闭合回路，然后由联接点引出三条供电线接点引出三条供电线 只能以三相三线制方式对外供电只能以三相三线制方式对外供电 l线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系AABuuBBCuuCCAuul相量关系相量关系AABUUBBCUUCCAUUAABUUBBCUUCCAUUPlUU 因此三个线电压也是对称的。由此可见，三相电源作三角形联接时，因此三个线电压也是对称的。由此可见，三相电源作三角形联接时，对外只供出三个对称的线电压，而线电压的有效值就等于一相电源对外只供出三个对称的线电

10、压，而线电压的有效值就等于一相电源的电压有效值的电压有效值 比如：家用电器的额定电压为比如：家用电器的额定电压为220V,只要将负载接到相线和只要将负载接到相线和中性线之间就可以了。当有多个负载时，应使它们均匀分布中性线之间就可以了。当有多个负载时，应使它们均匀分布地接在三相电源三条相线与中性线之间。如果遇到负载电压地接在三相电源三条相线与中性线之间。如果遇到负载电压为为380V时，应将负载接在两条相线之间。通常功率较小的时，应将负载接在两条相线之间。通常功率较小的负载均为单相负载。为了使三相电源供电均衡，这种负载大负载均为单相负载。为了使三相电源供电均衡，这种负载大致平均分配到三相电源的三相

11、上。这类负载的每相阻抗一般致平均分配到三相电源的三相上。这类负载的每相阻抗一般不相等，属于不对称三相负载。不相等，属于不对称三相负载。 三相交流电路的负载按其对电源的要求可以分为三相交流电路的负载按其对电源的要求可以分为单相负载单相负载和和三相三相负载负载两类。两类。1、单相负载、单相负载 电气设备只需接在单相电源上就能工作，我们称为单相负电气设备只需接在单相电源上就能工作，我们称为单相负载。载。不对称三相负载。不对称三相负载。 此类负载必须接到三相电源上才能工作，通常功率较大的负此类负载必须接到三相电源上才能工作，通常功率较大的负载均为三相负载。这类负载的特点是三相的负载阻抗相等，载均为三相

12、负载。这类负载的特点是三相的负载阻抗相等，称为对称三相负载。称为对称三相负载。2、三相负载、三相负载l 在实际的生活当中，单相负载和三相负载的混合接在三相电在实际的生活当中，单相负载和三相负载的混合接在三相电源上使用是十分常见的源上使用是十分常见的l 在三相电路中，三相负载连接方式通常分为星形联结和三角在三相电路中，三相负载连接方式通常分为星形联结和三角形联结。形联结。三相负载的星形联结三相负载的星形联结 三相负载星形联结电路图，它的接线原则与电源的星形连接三相负载星形联结电路图，它的接线原则与电源的星形连接相似，即将每相负载末端连成一点相似，即将每相负载末端连成一点N（中性点（中性点N），首

13、端），首端U、V、W分别接到电源线上。分别接到电源线上。电压、电流关系电压、电流关系线电压线电压：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压。电压方向由相线指向相线即，线之间的电压。电压方向由相线指向相线即， , , 。相电压相电压：每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电：每相负载两端的电压称作负载的相电压，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。相线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压。相电压方向由相线指向中线，电压方向由相线指向中线，即即 ， ， 。 线电流：线电流：流过每根相线上的电流叫线电

14、流。流过每根相线上的电流叫线电流。相电流：相电流：流过每相负载的电流叫相电流。流过每相负载的电流叫相电流。中线电流中线电流：流过中线的电流叫中线电流。：流过中线的电流叫中线电流。UVVWWUUNVNWN 若三相负载对称，若三相负载对称， 则在三相对称电压的作用下，流过三相对则在三相对称电压的作用下，流过三相对称负载中每相负载的电流应相等，即称负载中每相负载的电流应相等，即 而每相电流间的相位差仍为而每相电流间的相位差仍为120o。 中线电流为零。中线电流为零。 若三相负载不对称，在这种情况下每相的电流是不相等的，若三相负载不对称，在这种情况下每相的电流是不相等的，中线电流不为中线电流不为0。

15、电压与电流之间的关系：电压与电流之间的关系： 相电流相电流 等于线电流等于线电流 ，即，即 加在负载上的相电压加在负载上的相电压 和线电压和线电压 之间有如下关系之间有如下关系 流过中性线流过中性线N的电流的电流 为为 （2-50）PPWVULZUIIIIPILILPII PULUPL3UUNIWVUNIIII将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形连接，三相负载的三角形连接，三相负载的三角形连接三相负载的三角形连接1）由于三角形连接的各相负载是接在两根相线之间，因此负）由于三角形连接的各相负载是接在两根相线之

16、间，因此负载的相电压就是线电压。载的相电压就是线电压。结论：结论：2）三相对称负载采用三角形连接时线电流等于相电流的）三相对称负载采用三角形连接时线电流等于相电流的 倍倍3【例例】 有三个有三个100的电阻，将它们连接星形或三角形，分别接的电阻，将它们连接星形或三角形，分别接到线电压为到线电压为380的对称三相电源上，如图所示。试求：线电的对称三相电源上，如图所示。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少。压、相电压、线电流和相电流各是多少。 解：（解：（1） 负载作星形连接，如图负载作星形连接，如图2-21（a）所示。负载的线）所示。负载的线电压为电压为 负载的相电压为线电压的负载的相电

17、压为线电压的 ，即，即 负载的相电流等于线电流负载的相电流等于线电流 V380LU31220VV33803LPUU2.2AA100220PLPRUII （2）负载作三角形连接，如图）负载作三角形连接，如图 所示。负载的线电压所示。负载的线电压为为 负载的相电压等于线电压，即负载的相电压等于线电压，即 负载的相电流为负载的相电流为 负载的线电流为相电流的倍负载的线电流为相电流的倍V380LUV380LPUU3.8AA100380PPRUI6.58AA8 . 333PLII表表2-1 电阻、电容、电感元件伏安关系的相量形式总结电阻、电容、电感元件伏安关系的相量形式总结 一、填空题：一、填空题： 1

18、. 表征正弦交流电振荡幅度的量是它的 ；表征正弦交流电随时间变化快慢程度的量是 ；表征正弦交流电起始位置时的量称为它的 。三者称为正弦量的 。 2. 电阻元件上任一瞬间的电压电流关系可表示为 ；电感元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为 ；电容元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为 。 3. 在RLC串联电路中，已知电流为5A，电阻为30，感抗为40，容抗为80，那么电路的阻抗为 ，该电路为 性电路。电路中吸收的有功功率为 ，吸收的无功功率又为 。 4. 对称三相负载作Y接，接在380V的三相四线制电源上。此时负载端的相电压等于 倍的线电压；相电流等于 倍的线电流；中线电流等于 。 5. 有一

19、对称三相负载成星形联接，每相阻抗均为22，功率因数为0.8，又测出负载中的电流为10A，那么三相电路的有功功率为 ；无功功率为 ；视在功率为 。 二、判断题：二、判断题： 1. 正弦量的三要素是指最大值、角频率和相位。 （ ） 2. 电感元件的正弦交流电路中，消耗的有功功率等于零。 （ ） 3. 因为正弦量可以用相量来表示，所以说相量就是正弦量。 （ ） 4. 电压三角形是相量图，阻抗三角形也是相量图。 （ ） 5. 正弦交流电路的视在功率等于有功功率和无功功率之和。 （ ） 6. 一个实际的电感线圈，在任何情况下呈现的电特性都是感性。 （ ） 7. 正弦交流电路的频率越高，阻抗越大；频率越低

20、，阻抗越小。 （ ） 8. 中线的作用就是使不对称Y接负载的端电压保持对称。 （ ） 9. 三相负载作三角形联接时，总有成立。 （ ） 10. 负载作星形联接时，必有线电流等于相电流。 （ ） 11. 三相不对称负载越接近对称，中线上通过的电流就越小。 （ ） 12. 中线不允许断开。因此不能安装保险丝和开关，并且中线截面比火线粗。 （ ） 三、选择题：三、选择题： 1. 某正弦电压有效值为380V，频率为50Hz，计时初始的瞬时值为380V，其瞬时值表达式为（ ） A、 V；B、 V； C、 V。 2. 一个电热器，接在10V的直流电源上，产生的功率为P。把它改接在正弦交流电源上，使其产生的

21、功率为P/2，则正弦交流电源电压的最大值为（ ） A、7.07V； B、5V； C、14V； D、10V。tu314sin380)45314sin(537tu)90314sin(380tu 3. 已知 A， ）A，则（ ） A、 超前 60； B、 滞后 60； C、相位差无法判断。 4. 电容元件的正弦交流电路中，电压有效值不变，频率增大时，电路中电流将（ ） A、增大； B、减小； C、不变。 5. 在RL串联电路中， =16， =12V，则总电压为（ ） A、28V； B、20V； C、2V。 6. RLC串联电路在f0时发生谐振，当频率增加到2f0时，电路性质呈（ ） A、电阻性； B、电感性； C、电容性。)90314sin(101ti30628sin(102ti1i2i1i2iRULU 7. 正弦交流电路的视在功率是表征该电路的（ ） A、电压有效值与电流有效值乘积； B、平均功率； C、瞬时功率最大值。 8. 三相对称电路是指（ ） A、三相电源对称的电路； B、三相负载对称的电路； C、三相电源和三相负载均对称的电路。 9. 三相