低压电工-三相电路 正弦波 全解正弦波—一个旋转的圆 “拉直” 后的轨迹如下一句话“一个点绕圆周匀速转动时它在垂直方向上的高度变化画成曲线就是正弦波。” 就像摩天轮上某个座舱上下起伏的轨迹。其变化规律和三角函数中的 sin 曲线完全一样。正弦波就是交流电压和电流随时间平滑地从0增大到最大值再减小到0再变成负最大值然后回到0周而复始形成的波浪形曲线。从发电机的角度理解正弦波相位是什么意思什么是单相、三相简单直接的答案是“三相”几乎可以理解为“三根火线”但“相”这个字本身含义更深一层。相最直观的理解“相” ≈ “火线”在日常工作中电工师傅们经常把“相”和“火线”混用这是完全正确的因为一根火线就代表一个“相”。单相就是只有1 根火线 1 根零线。比如你家墙上的插座。三相就是有3 根火线通常标为 L1、L2、L3 或 A、B、C它们之间的相位相差120° 1 根零线N 1 根地线PE。比如工厂电机的接线盒。相更本质的理解“相”是指“相位”“相”的完整意思是 “相位”。相位Phase表示正弦波当前运行到了哪里。单相只有1 个正弦波。它的波形就是一条简单的波浪线。三相有3 个正弦波。但这三个波不是随便乱的它们按照严格的顺序排列一个波领先一个波居中一个波落后彼此之间相差 120度。一个很直观的比喻想象一个圆形跑道上有三个跑步运动员。单相只有一个人在那跑。三相三个人同时跑但位置互相错开120米假设一圈360米。他们之间永远保持着这个距离。这三个人就是 “三相”。你从远处看只能看到三个人三根火线但他们之间的 “位置差” 就是 “相位差”。只有交流电才有正弦波、单相、三相、相位差的概念直流电没有什么叫单相电什么叫三相电单相、三相电图解为什么叫三相电三相交流电的产生原理1. 先搞懂单相电基础一根磁铁转圈旁边放一组铜线线圈磁铁一转线圈里就生出电这就是单相交流电只有一组发电线圈。2. 三相发电机内部构造发电机里面中间有个旋转的磁铁转子靠水、蒸汽、柴油带动旋转外壳固定不动均匀放了 3 组独立线圈三组线圈互相错开 120° 摆开就像蛋糕切三等分每一块位置装一组线圈。 三组线圈互相不连通各自独立。3. 发电过程磁铁匀速转圈磁场扫过三组线圈先扫到 A 线圈 → A 线圈先生出电压转 1/3 圈磁场扫到 B 线圈 → B 线圈才出电压再转 1/3 圈磁场扫到 C 线圈 → C 线圈出电压。三组线圈产生的电电压大小一模一样但到达峰值、归零的时间错开了互相差 120 度这就是三相交流电。4. 输出三根火线三组线圈各自引出一根线就是三根火线 L1、L2、L3。 如果把三组线圈的一头连在一起引出一根零线就是咱们常用的三相四线3 火 1 零。为什么要用三相电家里 220V 不行吗因为三相电有如下优点动力大工厂大电机、空压机、水泵必须用三相电才能带得动单相带不动。输送省电、损耗小同样送一样多的电三相用的电线更省、发热更少。三相电动机自己就能转不用额外启动配件。输电更省电线、更平稳、不浪费电能电压平稳三个电互相互补电压不忽高忽低电机运转不抖动、不噪音大。生活里哪些是三相电路工厂所有三相异步电动机。工地 380V 动力电。小区配电房、变压器进线。大型空调、空压机、粉碎机这些全部都是三相电路。为什么三相电有相位差单相、三相交流电的波形图单相、三相电分别有几根导线火线、零线、地线、PEN线 全解简单直接的回答是单相电家庭用电最常见的是2根或3根导线。三相电工业/大功率用电最常见的是3根、4根 或 5根导线。单相电有几根线三相电有几根线三相电接线方式严格来说三相电的基本物理连接方式只有星形连接Y形连接也称Y接法和三角形连接Δ形连接也称角接这两种。但是在实际的电力系统和工程应用中仅仅知道这两种基本方式还不够因为中性点如何处理是否接地、如何接地以及多种组合方式如星-三角组合、各种变压器联结组别会衍生出很多变种。任何其他叫法如“V形接法”、“延边三角形”等都是基于这两种的变形或残缺形式。星形连接Y形连接也称Y接法三相电就是三根火线分别叫A相、B相、C相。它们本质上是同一个发电机或变压器里产生的三个交流电但彼此之间错开了时间。三个绕组像Y字形展开末端汇聚于中性点可以引出零线 N既能供 380V 三相电也能供 220V 单相电三角形连接Δ形连接也称角接三个绕组首尾相连形成闭合三角形没有中性点不能接零线只能提供 380V 三相电电流关系对比图左图星形火线 → 负载 → 中性点一条通路线电流和相电流走的是同一条路径I线 I相完全相等右图三角形每个顶点连接两个绕组 一根火线线电流 两个相电流的矢量和由于两个相电流相位差 120°合成后I线 √3 × I相 ≈ 1.732 × I相绕组电源侧发电 / 变压内部线圈是产生、输送电能的线圈属于电源设备内部结构。理解普通和 vs 矢量和相电压、线电压、相电流、线电流是什么这四个词只针对三相交流电工厂电机、小区三相入户、380V 电都是三相家里 220V 单相电没有 “线 / 相”电压电流的区分。“相电压”这个词是从三相交流电系统里出生的。在三相电中有多个相位L1、L2、L3互差120°为了在三相电中区分“火线对零线”和“火线对火线”这两种电压才发明了相电压和线电压这两个词。在电工日常工作中单相电的电压一般不叫它“相电压”就直接叫“电压”或“220V”。因为单相电只有火线、零线这一种情况。没必要专门叫“相电压”。相电压火线与零线之间的电压220V咱们家里插座 220V就是相电压。 简单记火 零 相电压。线电压火线与火线之间的电压380V随便拿两根火线对碰测出来的电压就是线电压。火线 另一根火线 线电压工厂电机、三相烤箱用的 380V就是线电压。相电流、线电流先想象一个场景你家里有三根水管火线给一个三层楼的房子供水。三根水管分别接到三层楼上三层楼的排水口汇到同一个排水口中性点/零线。相电流 每一层楼内部实际用掉的水流量线电流 从水厂到房子之间三根总管里流的水流量一句话总结相电流、线电流为什么要搞两种接法线电压与相电压的关系1、星形接法家里工厂最常见380/220V 变压器三根火线中间多出一根零线中性点。相电压单根火线 ↔ 零线 之间的电压咱们家里插座 220V 就是它线电压两根火线互相之间的电压设备电机用的 380V数量关系两根火线之间电压是火线对零线电压的 1.732 倍。 简单记220V × 1.732 ≈ 380V。2、三角形接法三相电机常用没有零线线圈首尾相连围成三角形只引出三根火线没有中心点零线。线圈直接架在两根火线中间线圈承受的电压 两根火线之间电压也就是相电压 线电压。 比如电机标△380V代表每相线圈额定就是 380V。三相负载什么叫负载、绕组、用电器负载电工通用统称电学专业名词负载是所有消耗电能、把电转换成其他能量的设备总称是一个分类名词不是具体物件。比如灯泡、电炉、电风扇、电动机、空调全是负载。简单记负载 一切耗电设备的统称。绕组电源侧发电 / 变压内部线圈是产生、输送电能的线圈属于电源设备内部结构。绕组不能叫负载变压器原边绕组是输入端不是耗电负载。用电器日常口语叫法和负载范围基本重合日常口头说的 “用电器”就是老百姓口中耗电的家电、设备和负载指代的实物一样只是场景不同电工做题 / 图纸叫负载生活聊天叫用电器。什么是三相负载专门接在三相 380V 三根火线上、同时用三相电一起工作的用电设备就叫三相负载。常见例子三相异步电动机工厂电机、水泵、风机三相电炉三相中央空调外机三相变压器这些必须三根火线一起供电才能正常转、正常工作就是三相负载。单相负载是什么只接1 根火线 1 根零线 220V的家里灯泡、插座、电视、普通空调叫单相负载。三相对称负载 是什么意思三个相上的负载一模一样电阻一样、电感一样、功率一样、大小完全相同就叫三相对称负载。典型三相电机 就是标准对称三相负载。三相不对称负载三个相上的用电设备大小不一样有的相用电多、有的相用电少就叫不对称三相负载比如小区楼房每户 220V随便分到三相上用电有多有少就是不对称。直流电DC直流电Direct CurrentDC电流方向不变、电流大小基本不变的电叫直流电。比喻像水管里的水一直朝一个方向流不回头。特点电流方向永远不变电压恒定理想情况电流大小平稳不来回波动常见电池、充电宝、手机充电、汽车电瓶都是直流电交流电AC交流电Alternating CurrentAC电流大小和方向会随着时间周期性变化的电流。例如我国家庭用电电压220V(单相)频率50Hz表示每秒完成50个周期一个周期里电流方向改变 2 次电流每秒变化 100 次方向意思是电流方向每秒改变100次电压大小不断变化我国的220V交流电其电压并不是一直保持220V不变而是在不断变化。通俗理解电流方向来回变、电流忽大忽小周期性反复变化的电叫交流电。比喻像水管里的水往前流一下、再往后退一下不停来回循环。特点电流方向不停交替变换有频率家用是 50Hz每秒来回变 100 次常见家里 220V 插座、工厂 380V 三相电全是交流电交流电电压变化图解如下交流电压负数是什么意思交流电里的“负数”不表示“比零还少”这种数学意义而是表示“方向与正方向相反”。你完全可以不用纠结数学上的负数概念我们用两个极其直观的模型来理解如下220V单相电家庭和普通办公用电含义指一根火线L和一根零线N之间的电压有效值。在中国这个标准值是220V。波形电流从火线流出经过负载比如灯泡、电视再从零线流回形成一个完整回路。用途适用于所有普通的家用电器和照明例如电视、冰箱、电脑、充电器、电饭煲等。电工接线要点通常使用单相三线制火线L通常为红/棕/黑色、零线N蓝色、地线PE黄绿双色。地线的作用是在电器漏电时将电流导入大地防止触电。380V三相电工厂、商场和大功率设备含义指任意两根火线如L1和L2之间的电压有效值。在中国这个标准值是380V。波形是三个频率相同、峰值相同、但相位相差120度的正弦波。正因为有这个120度的相位差任意两相之间的电压差就计算为 220V × √3 ≈ 380V。特点与优势功率大且平稳可以驱动几十千瓦甚至兆瓦级的电机、空调主机、电梯等大功率设备。产生旋转磁场三相电可以直接让三相异步电动机旋转无需启动电容结构简单、效率高。电工接线要点三相三线制只有三根火线L1 L2 L3。适用于纯三相平衡负载比如一些大型电机。三相四线制三根火线L1 L2 L3 一根零线N。可以为三相设备供电同时也可以拉出任意一相和零线组成220V供照明或控制电路使用。三相五线制现代最安全三根火线L1 L2 L3 零线N 地线PE。这是目前标准建筑的配置。在三相电路中当三个火线L1、L2、L3上流过的电流大小完全相等并且彼此之间的相位差正好是120度时这个负载就是“纯三相平衡负载”。220V单相电VS 380V三相电交流电与直流电区别交流电的重要参数周期T定义完成一个完整波形所需的时间即交流电完成一个完整循环从0到正最大回0到负最大再回0所需的时间。单位秒 (s)物理意义衡量变化快慢的时间尺度。周期越短变化越快。频率f定义交流电每秒完成完整周期的次数。单位赫兹 (Hz) 1 Hz 1 次/秒与周期T的关系中国的标准频率50Hz表示每秒完成50个周期一个周期里电流方向改变 2 次即电流每秒变化 100 次方向。应用意义电动机转速频率越高转速越快变压器设计50Hz 和 60Hz 的变压器不能混用角频率 (ω)定义交流电每秒钟变化的弧度角度数。它将频率从时间域秒映射到角度域弧度便于用三角函数分析。单位弧度/秒 (rad/s)关系举例50 Hz 对应的角频率ω2π×50≈314 rad/s。瞬时值 (u(t), i(t))定义交流电在任意指定时刻 的具体数值。公式特点随时间不断变化有正有负表示方向相反。峰值最大值Peak Value / Amplitude,Uₘ 或 Iₘ定义交流电波形达到的最高点正峰值和最低点负峰值即在一个周期内瞬时值能达到的最大绝对值正向或负向的最大值。也叫幅值或最大值。物理意义标志电压或电流的冲击能力如绝缘耐压需考虑峰值。注意有效值 峰值的约 0.707 倍。峰-峰值 (Peak-to-Peak Value,)定义正峰值与负峰值之间的差值。关系用途在示波器上测量波形幅度时最直观读取的就是峰-峰值。有效值 (RMS, Root Mean Square, U,I) —— 最重要参数有效值决定了用电器能否达到“额定工作状态”。而峰值决定了用电器会不会被“瞬间击穿”或“损坏”。额定工作状态 用电器“吃得刚好饱干活最在行活得最健康”的那个电压/电流/功率点。额定工作状态通俗地说就是让用电器“不累、不闲、刚好舒服地干活”的那个状态。为什么需要有效值因为交流电的大小时刻在变无法直接说它是多少伏。有效值就是把它换算成一个等效的直流值方便计算和使用。相位 (Phase, ωtϕ) 与初相 (ϕ)相位交流电在某一时刻所处的角度位置即这个波形的峰值比另一个波形晚到了多久用角度表示相位差两个同频率交流电的相位之差交流电的三种功率交流电的功率比直流电复杂核心原因就是一句话电压和电流可能“步调不一致”。直流电路中功率最简单功率 P 电压 U × 电流 I比如12V电压2A电流功率就是24W。电压和电流是“铁哥们”步调完全一致。只有交流电路才有这三种功率直流没有分别是有功功率 P无功功率 Q视在功率 S单位先记牢有功 P瓦W、千瓦 kW无功 Q乏var、千乏 kvar视在 S伏安VA、千伏安 kVA有功功率 P真正干活的功率真正消耗掉、做有用功、变成热能 / 光能 / 机械能的功率谁消耗只有电阻 R才消耗有功功率。能干啥灯泡发光电炉发热电机转动真正出力实实在在用掉的电电表走字就是算的这个。相位电压电流同相位正经干活的功率。无功功率 Q不干活、瞎跑来跑去的功率不消耗电能只在电源和电感、电容之间来回吞吐、晃荡的功率不干活、不发热、不做功。谁产生电感 L、电容 C专属只储能、放能不耗电。作用建立磁场、电场维持电机、变压器正常工作但是不对外做有用功白白占用线路容量。对应相位电感超前、电容滞后互相抵消一部分无功。视在功率 S总功率电源总共给出的功率电源一共输出的全部总功率 有功 无功 合在一起的总量比喻你挑担子有功真正往前走的力气无功左右晃、浪费的力气视在你全身总共使出的所有力气变压器、发电机、电线容量标的都是视在功率 VA。三种功率的数学关系一个具体数值例子为什么无功功率“不做功”却必要不同用电器的“功率性格”如何提高功率因数