电工技术教案 三相交流电路、变压器—11

1、单相电源单相电源：只产生一个正弦交变电动势，：只产生一个正弦交变电动势，由两根导线与负载相连。由两根导线与负载相连。l电力系统的电源：电力系统的电源：三相电源三相电源：产生三个相同频率、相同幅值、：产生三个相同频率、相同幅值、相位依次相差相位依次相差1200的正弦交变电动势，由的正弦交变电动势，由三相（四线）输电线与三相负载相连。三相（四线）输电线与三相负载相连。三相电路优势：发电效率高、输电省线材、三相电路优势：发电效率高、输电省线材、配电方便接入、用电设备结构简单。配电方便接入、用电设备结构简单。双回双回220kV线路线路避雷线避雷线+eAeBeCXABYCZ+ 定子定子转子转子ZAXYN

2、SC-+B发电发电原理原理：转子线圈通入直流产生磁场，外力驱动其转动形成：转子线圈通入直流产生磁场，外力驱动其转动形成旋旋转磁场转磁场。定子绕组相对转子作。定子绕组相对转子作切割磁力线切割磁力线的运动，分别在的运动，分别在三三相绕相绕组中产生三个组中产生三个感应电动势感应电动势，对外负载提供三相交流电压。，对外负载提供三相交流电压。t02.发电机对称三相电压发电机对称三相电压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相相电压达到峰值先后电压达到峰值先后A为顺序。为顺序。否则，为逆序否则，为逆序(负序负序)。3.三相电压的相序三相电压的相序ACBACBZAZBZCACBZAZBZCACB4.4.三相电源与负载的联接方式三相电源与负载的联接方式1）电源绕组星形）电源绕组星形(Y)连接连接ACeAeBeCBNuBuCuAuABuBCuCA相电压相电压：每相绕组两端的电压，即端线与中线之间每相绕组两端的电压，即端线与中线之间的电压。其有效值为的电压。其有效值为UA、 UB、 UC，一般用，

4、一般用U p表示。表示。ACeAeBeCBNANBC线电压线电压：任意两端线任意两端线之间的电压为线电压。之间的电压为线电压。其有效值为其有效值为UAB、 UBC、 UCA，一般用，一般用Ul 表示。表示。区别区别:电源绕组端口与电源绕组端口与输电线两侧输电线两侧星形联接的相电压与线电压星形联接的相电压与线电压线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.UBAABUUUCBBCUUUACCAUUUCBBCuuuBAABuuuACCAuuu有效值相量表示：有效值相量表示：AABUU3线电压与相电压的有效值关系线电压与相电压的有效值关系同理，同理，plUU3

5、由电压瞬时值的关系可知由电压瞬时值的关系可知相量图相量图30B.UC.UAB.UBC.UCA.UA.U线电压超前与之对应的相线电压超前与之对应的相电压的相位电压的相位30，即：，即：oAAB30/U3UoBBC30/U3UoCCA30/U3U330lPUUYYYY星形联接时：星形联接时：我国多数用户电压等级：我国多数用户电压等级：Up =220V，Ul = 380V+ABVCAVBCVBACAVBVCVABAVVBCBVVCACVVlPUU星形联接时：星形联接时：(Y)( )ACBNZZZACBZZZ星形负载星形负载三角形负载三角形负载ABCN电灯电灯单相负载为三相四线制单相负载为三相四线制电

6、动机电动机三相负载为三相三线制三相负载为三相三线制6.3 负载的星形负载的星形联接联接|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACBlpIIplUU3星形联接的线电压、线电流星形联接的线电压、线电流|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB对于星形联接的三相电路对于星形联接的三相电路,每相负载中的电流为：每相负载中的电流为：;BBBZUI。CCCZUI;AAAZUICBANIIII三相对称负载三相对称负载当负载满足以下条件时：当负载满足以下条件时：ZZZZCBA我们称负载是对称的

7、，或称我们称负载是对称的，或称三相对称负载三相对称负载。此时，此时，三相电流也是对称的，即大小相等，相三相电流也是对称的，即大小相等，相位互差位互差120o。|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB此时中线电流等于零，此时中线电流等于零，即：即：CI.CU.BU.AU.AI.BI.BCA三相对称负载的中线电流三相对称负载的中线电流0IIIICBAN在对星形联接三相对称电路进行计在对星形联接三相对称电路进行计算时，一般只计算一相即可，其它算时，一般只计算一相即可，其它各相可直接写出。各相可直接写出。|ZA|ZB|ZC|i Ni Ai Bi Cu Au Bu CACB|

8、ZA|ZB|ZC|i Ai Bi Cu Au Bu CACB三相对称负载无中线三相对称负载无中线6.4 6.4 负载三角形负载三角形联接联接ABCIII、 、ABIBCICAIZAZBZCACB(2) 相电流相电流ABABABVIZBCBCBCVIZACACACVIZ(1) 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即: VP = VL即即ZABZBCZCAACB+CAVABVBCVBCIABICAIAIBICI线电流：线电流： ABCIII、 、AABCAIIIKCL：BBCABIIIBCCACIII 相量图相量图IBCIABI30AICAIIBIC(3) 线电流线电流。3030且落后相应

9、的相电流且落后相应的相电流(相电流),(相电流),3 3线电流线电流联接时联接时对称负载对称负载 : :结论结论 P IIl由相量图可求得由相量图可求得AABCAIIIBBCABIIIBCCACIII PP330cos2IIIl KCL：2cos303AABABIII2cos303BBCBCIII2cos303CCACAIII负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压应作应作 联结联结负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压31应作应作 Y 联结联结 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结

10、成星形（具有中性线）。角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。不论负载是星形联接还是三角形联接，三相电路不论负载是星形联接还是三角形联接，三相电路的总的有功功率必定等于的总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(当当负载对称负载对称时时，各相的有功功率都是相等的。，各相的有功功率都是相等的。 因此三相总功率为：因此三相总功率为：cos33pppIUPP注意：注意：、为为负载的相电压和相电流负载的相电压和相电流； 为为相电压与相电流之间的相位差角。相电压与相电流之间的相位差角。6.5 三相电路的功率三相电路的功率ZAZBZCAC

11、B星形对称负载的有功功率：星形对称负载的有功功率：plUU3plII cos33pppIUPPcos3cos33llllIUIUZAZBZCACB三角形对称负载的有功功率三角形对称负载的有功功率:plUU plII333cospppPPU I3cos3cos3llllIUU I 不论负载如何连接，三相对称负载的有功不论负载如何连接，三相对称负载的有功功率表达式一致：功率表达式一致：cos3cos3llPPIUIUP无功功率无功功率sin3llIUQllIUS3视在功率视在功率6.6 三相正弦交流电路的分析三相正弦交流电路的分析负载负载 形接法形接法330lPPlIIVV各相电压、电流各相电压、

12、电流单独计算单独计算。负载不对称：负载不对称：负载对称：负载对称：电压对称、电流对称，只需电压对称、电流对称，只需计算一相计算一相。 三相电路的计算要特别三相电路的计算要特别注意相位注意相位问题。问题。 负载负载Y Y形接法形接法330lPlPIIVV将三相电路将三相电路分解为单相分解为单相正弦交流电路，采用正弦交流电路，采用相量法相量法分析。分析。例：图示电路中，电源为对称三相电源，线电压例：图示电路中，电源为对称三相电源，线电压UL380V，接，接有一组星形联结的对称白炽灯负载，其总功率为有一组星形联结的对称白炽灯负载，其总功率为120W。另外在。另外在C相上接有一个单相负载，额定电压为相

13、上接有一个单相负载，额定电压为220V、功率为、功率为60W、功率、功率因数为因数为0.6的日光灯。试求电流的日光灯。试求电流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：令白炽灯负载的电阻和电流为白炽灯负载的电阻和电流

14、为则则日光灯负载的电流为日光灯负载的电流为作作业业 6.3.3 6.4.2 6.4.3 6.5.2 6.5.3 变压器是一种常见的电气设备，作为变压器是一种常见的电气设备，作为电能转换器电能转换器，在电力系统和电子线路中应用广泛。在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：变电压：电力系统电力系统 变阻抗：变阻抗：电子线路中的阻抗匹配电子线路中的阻抗匹配变电流：变电流：电流互感器电流互感器 ： 在能量传输过程中，当输送功率在能量传输过程中，当输送功率P =UI cos 及及负载功率因数负载功率因数cos 一定时：一定时：电能损耗小电能损耗小节省金属材料（经济）节省金属材料（经济）U I P = I

15、 RlI S为何要用变压器来升降电压？为何要用变压器来升降电压？在输电过程中，电压必须进行调整。在输电过程中，电压必须进行调整。隔离变压器隔离变压器大功率变压器大功率变压器单相变压器单相变压器三相干式变压器三相干式变压器常见变压器：常见变压器：油浸式变压器油浸式变压器变压器的磁路变压器的磁路1u2uLZ1i2i单相变压器单相变压器+由高导磁硅钢片叠成由高导磁硅钢片叠成厚厚0.35mm 或或 0.5mm铁心铁心一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心变压器核心组件变压器核心组件1v2vLZ1i2i单相变压器单相变压器+一次一次绕组绕组N1二次二次绕组绕组N2铁心铁心电能电能磁场能磁场能电

16、能电能 (v1、i1) ( (变化的磁场变化的磁场电磁感应定律电磁感应定律) )( v2、i2)变压器通过变压器通过线圈绕组线圈绕组和和闭合铁芯闭合铁芯，利用，利用互感磁耦合互感磁耦合实现：实现：1. 空载运行情况空载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧开路，无负载。二次侧开路，无负载。0i02i1v+20v+2e+1e+1e+ 11N2N 1v dd11tNei0 ( i0N1) 1 dd011tiLe tNedd 22 空载时，铁心空载时，铁心中主磁通中主磁通 是是由一次绕组磁由一次绕组磁通势产生的。通势产生的。主磁通主磁通漏磁通漏磁通主磁通在一次、二次侧绕组中产生感应电动势

17、。主磁通在一次、二次侧绕组中产生感应电动势。2 负载运行情况负载运行情况一次侧接交流电源，一次侧接交流电源，二次侧二次侧。1v dd11tNe 1 dd111tiLe tNedd 22i1 ( i1N1) i2 ( i2N2) 2有载时，铁心中有载时，铁心中主磁通主磁通 是是由一由一次、二次绕组磁次、二次绕组磁通势共同产生的通势共同产生的合成磁通。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 根据根据KVL：11 1111 11 11jVR IEER IX IE变压器一次侧等效电路如图变压器一次侧等效电路如图11111EE4.44fNmVV 由于电阻由于电阻 R1 和感抗和感抗 (或漏磁通或漏磁通)较小较小,其两端其两端的电压也较小的电压也较小,与电动势与电动势 E 比较可忽略不计，则比较可忽略不计，则1E1R1I1V1E+一次侧一次侧一次侧一次侧根据根据KVL：2222222222jVEER IEX IR I1v+1e+1e+1N2N i1i2+e 2+v2+e2111222ENKENVV若一、二次侧的绕组电阻很小，漏电感也很小，则：若一、二次侧的绕组电阻很小，漏电感也很小，则：22VE一、二次侧的电压之比一、二次侧的电压之比等于匝数之比。等于匝数之比。11144. 4 NfEVmm10 Nim2211 NiNi1v+1e+1e+1N2N i1i2+e 2+v2+e2102211NiNiNi 一般情况下：一般情况下：变压器的空载电流变压器的空载电流 i0 很小，它的有效值很小，它的有效值是负载情况下的是负载情况下的10%以内，通常可以忽略。以内，通常可以忽略。221