电源/新能源
一、三相电源的接法
1、电源的星形连接
把电源三相绕组的末端X、Y、Z连接到一起,从首端A、B、C引出连接负载的导线,称为电源的星形连接。
三相绕组末端的结点称为电源的中性点,以字母O或N表示,其引出的导线称为中性线,又称零线,当中性线接地时又称地线。每相引出的导线称为相线,俗称火线。
有中性线的三相供电方式称为三相四线制。不引出中性线的三相供电方式称为三相三线制。
相线与中性线间的电压称为相电压,其瞬时值和有效值分别用uA、uB、uC和UA、UB、UC表示。任意两相线间的电压称为线电压,其瞬时值和有效值分别用uAB、uBC、uCA和UAB、UBC、UCA表示。
星形连接时,用向量法分析可得:线电压超前于所对应的相电压30°,线电压是相电压的√3倍,即UAB=√3UA,UBC=√3UB,UCA=√3UC。
2、电源的三角形连接
将一相绕组的末端与相邻一相绕组的首端依次连接,组成一个封闭的三角形,再从三个首端A、B、C引出三根端线,称为电源的三角形连接。
在三角形连接中的三相绕组构成闭合回路,其产生的电动势是三相对称的,因此在闭合回路内的三相电动势之和为零。但若有一相头尾接错,则会引起闭合回路中的总电势为一相电势的2倍,可能导致电源绕组烧毁。故接线前,应正确判定各相绕组的首末端。
三角形接法时,线电压等于相电压,即UAB=UA,UBC=UB,UCA=UC。
三相变压器绕组连接常采用三角形接法,而三相发电机一般都接成星形。
二、负载的接法
1、负载的星形连接
把三相负载的末端连接到一起,从三个首端分别引出三条线与三相电源相连,称为负载的星形连接。
星形连接时,线电流等于相电流,即IA=IA相,IB=IB相,IC=IC相。
当三相负载的阻抗相等、功率因数角相等且具有同样的性质(即均为感性或容性),这样的负载称为平衡负载。如果电源电压对称,则
IA=IB=IC=I线=I相。此时只要计算一相即可。
由于三个相电流或三个线电流大小相等,且各电流相位差为120°,所以中性线中没有电流通过,即IN=1A+IB+IC=0,此时可将中性线省去,改为三相三线供电。但三相三线供电只适用于平衡负载,如三相电动机、三相电炉等。
三相三线制供电时,供电电压为线电压U线,负载每相的电压为相电压U相,U线=√3U相。即线电压为相电压的√3倍。
在电源电压对称、负载平衡的情况下,I线=I相。即线电流等于相电流。
2、负载的三角形连接
一相负载的末端和另一相负载的首端相连,使三相负载构成一个闭合回路,然后从三个首端(或末端)引出三条线与三相电源相连,由于负载一般画成三角形的形式,所以称为三角形连接。
三角形连接时,每相负载所受的电压(相电压)等于电源的线电压,即
U线=U相。即线电压等于相电压。
三角形连接时,当三相电压对称,(UAB=UBC=UCA=U线,各电压彼此相位差120°),负载平衡时,线电流IA=IB=IC=I线。
IA=√3IA相,IB=√3IB相,IC=√3lC相,I线=√3I相。即线电流为相电流的√3倍。
三、不平衡负载的星形连接
不平衡负载是指阻抗不等或阻抗角不等,或阻抗角大小虽然相等,但阻抗性质不同的三相负载。
1、三相四线制向星形不平衡负载供电
如下图所示,电源电压对称,其线电压U线=380V,各相负载为纯电阻,其值分别为RA=50Ω、RB=100Ω、RC=200Ω,计算电源与负载的相电压、负载电流与中性线电流。
根据星形连接时,U线=√3U相,所以电源相电压U相= 380/U线=220V。
如略去输电线上的阻抗压降,则负载端的线电压与相电压分别为380V和220V。求得通过各相负载的电流分别为:
IA=220/5=44A,IB=220/10=22A,IC=220/20=11A。
中性线电流IN=1A+IB+IC,可根据向量作图的方法求得(各电流必须按同一比例尺寸绘制),也可把各电流分解成与x轴和y轴上的投影,利用直角关系进行计算。
IA分解后得IAy=IA,IAx=0
IB分解后得IBy=-IBscos60°,IBx=IBcos30°
IC分解后得ICy=-ICcos60°,ICx=-ICcos30°
计算后得IAy=44A,IBy=-11A,ICy=-5.5A,IAx=0,IBx =19.1A,ICx =-9.55A
故IN=√(19.1-9.55)2+(44-11-5.5)2=29.2A
负载不平衡时,在中性线中有电流通过,且IN会随不平衡度增加而增加。如果没有中性线,势将造成负载各相电压不相等。个别相上的电压将会大大超过电源相电压,使负载不能正常运行,甚至因承受过高的电压而损坏。
2、三相三线制向星形不平衡负载供电
下图是三相三线电路,负载为纯电阻,RA=5Ω、RB=10Ω、RC=20Ω。
当C相负载断开时,组成一个RA与RB串联后接到与电源AB的闭合回路,此时通过负载的电流IA=IB=UAB/(RA+RB)=380/(5+10)=25.3A,且与UAB同相。RA与RB上的电压URA与 URB分别为
URA=IARA=25.3x5=126.5V,URB=IBRB=25.3x10=253V。
如负载RA、RB的额定工作电压为220V,则RA上的电压低于额定值,而RB上的电压则高于额定值,使两个负载都不能正常工作。而RB上的电压因为过高,负载还有被损坏的危险。
所以不平衡负载,例如照明负载或其它接在三相电路中的单相负载,不宜采用三相三线制供电。如上图中的三个负载如果是白炽灯,则上述情况发生时(C相断开),接在A相的灯就很暗,而接在B相的灯特别亮,并将被烧坏。即使C相未断开,三相的灯亮度也各不同。并且若将灯泡接成上图的电路时,在BC相的灯不用时(即 B、C相与电源断开),A相的灯也无法使用。
四、星形连接时的中性点位移
三相三线制中,如电源对称,作星形连接的负载平衡,则电源中性点N与负载中性点N'等电位。但当负载不平衡时,N'点的电位就不再与电源中性点N的电位相等,这种两个中性点电位不等的现象称为中性点位移,或称为中性点移动。
上题中C相断开后,作用在RA、RB上的电压为UAB=IARA+IBRB=UA N'+U N'B,其向量图如下图所示。
图中电源中性点N与负载中性点N'间的连线为向量UN N',UN N'即为中性点位移电压,也就是电源中性点N与负载中性点N'间的电位差,其大小、相位取决于负载的不平衡程度和负载的性质。
五、三相四线制中性线的作用及要求
1、中性线的作用
三相四线制供电系统一般都是低压供电系统,其供电电压大部分是380V/220V。其负载除三相电动机、三相电炉等三相负载外,大部分是单相负载,如照明、电焊机、小容量电炉等。由于各相设备的具体使用条件不同,实际上无法保证三相平衡,因此电源作星形连接时不能采用三相三线供电,必须设置中性线。由于中性线连接在电源中性点N与负载中性点N'之间,从而可以强制N与N'等电位,使负载每相所受的电压即为电源每相电压(不计线路压降),以保证负载能在额定电压下正常工作。强制负载中性点N'与电源中性点N等电位,使不平衡负载的相电压达到对称,这就是中性线的作用。
2、中性线的要求
1)为能强制负载中性点N'与电源中性点N等电位,中性线中不能接入熔断器;
2)中性线必须要有足够的机械强度,以防止中性线的断裂;
3)中性线要有合适的截面,以避免IN在中性线上产生过大的压降,影响强制等电位的作用。
全部0条评论
快来发表一下你的评论吧 !