汽车电工电子技术项目四三相交流电应用分析

2019/4/10,1,课件制作：职业技术学院汽车教研室,2019/4/10,2,项目四 三相交流电应用分析,知识目标,能力目标,熟悉对称三相交流电的产生及其特点 掌握三相四线制电路的联接方法及电路分析方法，理解中线作用; 理解对称三相电路电压、电流及功率的计算方法。 掌握三相异步电动机的工作原理和运行特性及其启动、调速和制动的方法。 掌握单相异步电机的启动方法和工作原理 熟悉异步电机、同步电机等各种电动机的使用场所 了解高、低压供配电系统，熟悉接地保护、防雷措施、漏电保护原理,能正确分析三相交流电路，并能规范连接交流电路中的常用电器元件 掌握高低压开关常见故障分析、控制回路故障分析 能根据使用场合的要求正确选用电机型号、参数和相应的配电元件 会查阅有关技术资料和工具书。 养成独立思考、团队协作的良好习惯,2019/4/10,3,任务导入,引导问题1：一栋三层小楼照明电路出现表4-1所示四种连接情况，在三相电源时，请分析各种电路工作的情况，并说明其正确与否。,2019/4/10,4,表4-1 一栋三层小楼照明电路,2019/4/10,5,引导问题2 下面是生活中常用的电路：一个开关控制一盏白炽灯，而且电路中还有一单相两孔和三孔插座，但两插座均不受开关控制。请查阅资料认识电路中的电器元件，并说明电路工作过程。,图4-1 常用照明、插座电路图 图4-2 常用照明、插座电路实物图,2019/4/10,6,项目任务1： 结合项目二进一步熟悉电路中的各电器元件及其作用，并尝试分析图4-3中所示电动机往返控制电路的工作过程。,图4-3 电动机往返控制电路,2019/4/10,7,表4-2 电路中各个低压电器的作用,2019/4/10,8,任务分析,对引导问题1、引导问题2和项目任务1中电路的分析可以发现：,引导问题1是实际生活中的现实问题，在电路中同楼层的灯和不同楼层间灯的处理方式直流电源或者单相正弦交流电源也能够正确处理，但现在是正弦三相交流电源，那么只有正确掌握和熟悉了三相交流电源及特性才能正确分析和运用三相交流电源。 引导问题2是在引导问题1的基础上进一步提出了日常生活中随处可见的具体电路功能实现问题，能够正确分析三相交流电路与能连接并实现交流电路的实际功能还存在有距离。,2019/4/10,9,解决引导问题2，需要了解更多的电器元件功能特点和接线要求，只有能分析电路，又熟悉所需电器元件的型号、参数，才能根据所实现电路功能要求正确选择各电器元件制作所需要的电路。 项目任务1与引导问题1、2相比，对交流电路的运用和分析更加全面，属于三相交流电机在工业生产中的实际应用。 本项目的重点：熟悉和掌握三相交流电机的控制电路和制作操作规范、工艺要求。,2019/4/10,10,知识准备,1、正弦三相交流电,电力工程上普遍采用三相制供电，即由三相绕组产生三相对称的正弦交流电动势构成三相电源的供电系统，每相电的频率相同、振幅相同、相位互差120°。 三相制供电具有如下优点： 在发电发面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。 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的距离，三相输电比单相输电节省材料25%左右，而且电能损耗较单相输电少。 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、运行特性好等等，因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。,2019/4/10,11,问答互动,请问：能否实现四相、五相甚至更多相正弦交流电的发电？如能，请说明技术上如何实现，而且为什么实际生产生活中不采用；如不能，请说明原因。,2019/4/10,12,1）三相交流电动势的产生,图4-4 三相交流电动机示意图 图4-5 三相电势eA、eB、eC的波形,、,和,知识准备,2019/4/10,13,在三相交流发电机定子中有3个相同的绕组（线圈）A X、B Y、C Z，（A、 B、 C表示绕组首端， X、 Y、 Z表示绕组末端），三个线圈的空间位置各差120度，这3个绕组分别称为A相、B相、C相绕组。当转子装有磁极并以w 的速度旋转时，三个线圈中便产生三个单相电动势,三相电动势瞬时值表示 以A相绕组为计时起点，三相电动势瞬时值表示如下：,2019/4/10,14,由图中可以看出，三相电动势具有大小相等、频率相同、相位互差120°的特征。 如果将三相交流电到达正最大值的顺序称为相序，则供电系统三相交流电的相序为 ABC。,三相电动势相量表示,图4-6 eA、eB和eC的相量,2019/4/10,15,2）三相电源的连接,（1）星形连接,图4-7 星形连接供电,图4-8 火线与零线之间电压的相量关系,2019/4/10,16,根据上图可知星形连接即三相四线制供电：A、B、C为火线（相线），N中线（零线）。在低压系统，中性点通常接地，所以也称地线。,图4-9 火线与火线的关系,2019/4/10,17,表4-3 三相电源星形连接的相关概念与计算,2019/4/10,18,2019/4/10,19,（2）三角形连接,图4-10 三角形连接供电,根据上图可知三角形连接即三相三线制供电：A、B、C为火线（相线）。,2019/4/10,20,表4-4三相电源三角形连接的相关概念与计算,问答互动,请结合三相电源星形连接供电时特征总结分析三角形连接时各参数的特定与计算方法。,2019/4/10,21,问答互动,请问：在图所示的直流路中，直流电源E是不允许 如图那样串接的，而上图中的三相交流电源eA、eB、eC却是串联的，请说明为什么交流电源可以？,图4-13三个 电源E的电压瞬时值,图4-11 直流 电源E首尾串接,图4-12 三相 交流电源E首尾串接,三相交流电源中可以串接的原因在于：三个电源的电压任何瞬间相加均为零。,2019/4/10,22,2、三相负载 三相电路的负载是由三部分组成的，其中每一部分叫做一相负载。,如果每相负载的阻抗相等且阻抗角相同，则三相负载就是对称的，叫做对称三相负载。如三相异步电动机就是三相对称负载。,2019/4/10,23,1）三相负载的联接 三相负载也有 Y和 D 两种接法，至于采用哪种方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。具体连接原则是：首先电源提供的电压等于负载的额定电压；其次是单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。定子三相绕组的联接方法，通常电机容量小于3kw时，采用Y连接，电机容量大于4KW时，采用形连接。,表4-5 三相负载可有星形和三角形两种接法,2019/4/10,24,(1)三相负载星形联结,图4-14 负载星形联结电路图 图4-15 三相电机接线盒 图4-16 Y 联结,2019/4/10,25,表4-6 星形形（Y）负载电路分析计算方法,2019/4/10,26,2019/4/10,27,结论：1）负载星形联结带中性线时，可将各相分别看作单相电路计算。 2）不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且 负载电阻越大，负载承受的电压越高。 3）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 4）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性 线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,2019/4/10,28,（2）三相负载三角形（）联结 将三相负载的首尾相连，再将三个连接点与三相电源端线U、V、W连接，就构成了负载三角形连接的三相三线制电路。,图4-17 三相负载 三角形联结电路图,图4-18 三相电机 三相绕组接线头位置,图4-19 三相异步 电机三相绕组联结,2019/4/10,29,表4-7 三角形（）负载电路分析计算方法,2019/4/10,2019/4/10,31,结论： 1）无论负载对称与否，负载的相电压与电源的线电压相等。即： 一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称，即：UAB=UBC=UCA=Ul=UP； 2）对称三角形负载有， 线电流比相应的相电流滞后30。,2019/4/10,32,2）三相交流电路的功率,表4-8 三相交流电路功率计算,2019/4/10,33,3）三相负载的联接原则： 三相负载连接时应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。 当负载的额定电压 = 电源的线电压时，应作D 联结； 当负载的额定电压 = 电源线电压时，应作 Y 联结/ 。 注：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成星形（且具有中性线）。,2019/4/10,34,3、三相交流电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机，其中将机械能转换为电能的设备成为发电机，将电能转化为机械能的设备成为电动机。 1）三相异步电动机 三相异步电动机由静止的定子和可以转动的转子两大部分组成，定子与转子之间有一很小的气隙。 定子主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成 转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成。,2019/4/10,35,1）三相异步电动机的结构,图4-21 三相异步 电动机的内部结构,图4-20 三相异步 电动机的外部结构,2019/4/10,36,2）三相异步电动机工作原理 三相异步电动机从静止到开始旋转主要经历了如下几个重要环节的物理变化：,图4-22 三相异步电动机的定子绕组、转子绕组,由此可知： 异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转的，而转子绕组中的电流由电磁感应产生，并非外部输入，故异步电动机又称感应电动机。,2019/4/10,37,（1）旋转磁场的产生 规定：i : “+” 首端流入，尾端流出； i : “” 尾端流入，首端流出；,；,图4-23 三相交流电机定子绕组输入三相交流电源,2019/4/10,38,定子对称三相绕组通入三相对称电流，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，每一相都将在电机气隙空间产生旋转磁场，三相电流产生的合成磁场也必将是一旋转的磁场。 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。 合成旋转磁场变换情况具体如下图所示：,合成磁场方向向下 合成磁场旋转60° 合成磁场旋转90° 图4-24三相交流电机定子绕组生成合成旋转磁场,2019/4/10,39,（2）旋转磁场的旋转方向 磁场旋转方向取决于三相电流的相序。要改变电机的旋转方向，只要改变定子三相电流的相序即可，实际操作中只需任意调换两根电源进线即使磁场旋转反向。,图4-25 合成磁场旋转方向与输入电源相序的关系,2019/4/10,40,（3）异步电动机的旋转方向 转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致。,图4-26 转子转动方向和旋转磁场的关系,2019/4/10,41,（4）旋转磁场的极对数P,注：如上图所示，定子每相绕组中通入三相交流电iA、iB、iC，此时形成的合成旋转磁场只有一对磁极N、S，则称极对数为1，即P=1。,图4-27 旋转磁场的磁极对数为1,2019/4/10,42,若将上图的定子绕组改为下图所示的每相绕组由两个线圈串联，而且绕组的始端之间互差60°，在每相绕组中通入三相交流电iA、iB、iC后，此时形成的合成旋转磁场有两对磁极N、S，则称极对数为2，即P=2。,图4-28旋转磁场的磁极对数为2,2019/4/10,43,（5）旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数P。 当p=1时，三相交流电流变化一个周期，合成的两极磁场在空间也正好旋转过一周，如果电流的频率为f1，则旋转磁场每分钟的转速为：n1=60f1（转/分）,如工频：f1=50Hz，则旋转磁场的转速为：,，,当p=2时，则旋转磁场的转速为：,2019/4/10,44,旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系为： 当电动机为2p个磁极时，旋转磁场的转速为：,可见：旋转磁场转速n1 与频率f1和极对数p有关。,式中： n1电机同步转速； f1电源频率； p磁极对数,表4-9 旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p的关系,2019/4/10,45,（6）转差率 由前面分析可知，电动机转