三相电路的基本概念.ppt

第12章 三相电路,重点,1.三相电路的基本概念,2.对称三相电路的分析,3.不对称三相电路的概念,4.三相电路的功率,下 页,三相电路是由三相电源、,三相负载和三相输电线路三部分组成。,发电方面：比单项电源可提高功率,50,；,输电方面：比单项输电节省钢材,25,；,配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接入负载；,运电设备：结构简单、成本低、运行可靠、维护方便。,下 页,上 页,12.1 三相电路,三相电路的优点,三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差,120,0,的正弦电动势作为供电电源的电路。,发电方面：比单项电源可提高功率,50,；,输电方面：比单项输电节省钢材,25,；,配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接入负载；,运电设备：结构简单、成本低、运行可靠、维护方便。,下 页,上 页,三相电路的优点：,三相电路的特殊性,（1）特殊的电源,（2）特殊的负载,（3）特殊的连接,（4）特殊的求解方式,下 页,上 页,以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。,研究三相电路要注意其特殊性。,1.对称三相电源的产生,通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差,120,，当转子以均匀角速度,转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。,N,S,I,w,A,Z,B,X,C,Y,三相同步发电机示意图,下 页,上 页,三相电源是三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差,120,0,的正弦电源。,瞬时值表达式,波形图,A、B、C,三端称为始端,，,X、Y、Z,三端称为末端,。,u,t,u,A,u,B,u,C,0,下 页,上 页,A,+,X,u,A,B,+,Y,u,B,C,+,Z,u,C,相量表示,120,120,120,对称三相电源的特点,下 页,上 页,正序(顺序)：,ABCA,负序(逆序)：,ACBA,A,B,C,相序的实际意义：,以后如果不加说明，一般都认为是正相序。,D,A,B,C,1,2,3,D,A,C,B,1,2,3,正转,反转,A,B,C,三相电源各相经过同一值(如最大值)的先后顺序。,下 页,上 页,对称三相电源的相序,三相电机,2.三相电源的联接,X,Y,Z,接在一起的点称为,Y,联接对称三相电源的中性点，用,N,表示。,（1）星形联接(,Y,联接),下 页,上 页,+,A,N,X,+,B,Y,+,C,Z,+,+,+,A,B,C,N,-,（2）三角形联接(,联,接),三角形联接的对称三相电源没有中点。,下 页,上 页,注意,+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,+,X,+,+,C,Y,Z,A,B,C,3.三相负载及其联接,(1),星形联接,称三相对称负载,下 页,上 页,三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫做一相负载，三相负载也有二种联接方式。,A,B,C,N,Z,A,Z,C,Z,B,A,B,C,N,Z,A,Z,C,Z,B,(2),三角形联接,下 页,上 页,A,B,C,Z,BC,Z,CA,Z,AB,A,B,C,Z,BC,Z,CA,Z,AB,称三相对称负载,4.三相电路,三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：,电源,Y,Y,负载,电源,Y,负载,当电源和负载都对称时，称对称三相电路。,下 页,上 页,注意,三相四线制,Y,Y,Y,下 页,上 页,Z,Z,Z,N,+,A,N,+,B,+,C,Z,Z,Z,+,A,+,B,+,C,三相三线制,(3),名词介绍,下 页,上 页,+,A,N,X,+,B,Y,+,C,Z,+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,端线,(,火线,),：始端,A,B,C,三端引出线。,中线：中性点,N,引出线，,无中线。,三相三线制与三相四线制。,1.,名词介绍,下 页,上 页,+,A,N,X,+,B,Y,+,C,Z,+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,端线,(,火线,),：始端,A,B,C,三端引出线。,中线：中性点,N,引出线，,无中线。,12.2线电压(电流)与相电压(电流)的关系,相电压：每相电源的电压。,线电压：端线与端线之间的电压。,下 页,上 页,+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,+,A,N,X,+,B,Y,+,C,Z,线电流：流过端线的电流。,下 页,上 页,A,B,C,Z,BC,Z,CA,Z,AB,A,B,C,N,Z,A,Z,C,Z,B,负载的相电压：每相负载上的电压。,负载的线电压：负载端线间的电压。,线电流：流过端线的电流。,相电流：流过每相负载的电流。,+,-,+,-,Y,联接,下 页,上 页,+,A,+,B,+,C,2.相电压和线电压的关系,利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：,线电压对称(大小相等，,相位互差,120,o,),一般表示为：,30,o,30,o,30,o,下 页,上 页,对,Y,联,接的对称三相电源,所谓的“对应”：对应相电压用线电压的,第一个下标字母标出。,(1),相电压对称，则线电压也对称。,(3),线电压相位领先对应相电压,30,o,。,下 页,上 页,结论,联,接,线电压等于对应的相电压,以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。,下 页,上 页,注意,+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,联,接电源始端末端要依次相连。,正确接法,错误接法,I,=0,电源,中不会产生环流,I,0,电源,中将会产生环流,下 页,上 页,2.相电流和线电流的关系,Y,联接时，线电流等于相电流。,下 页,上 页,Z,Z,Z,N,+,N,+,+,Y,联接,结论,下 页,上 页,+,+,+,Z,Z,Z,结论,联接的对称电路：,(2),线电流相位滞后对应相电流,30,o,。,Z/3,Z/3,Z/3,N,C,B,A,联接,13.3 对称三相电路的计算,对称三相电路由于电源对称、负载对称、线路对称，因而可以引入一特殊的计算方法。,1.,YY,联接(三相三线制）,下 页,上 页,Z,Z,Z,N,+,N,+,+,以,N,点为参考点，对,N,点列写结点方程：,下 页,上 页,Z,Z,Z,N,+,N,+,+,负载侧相电压：,因,N，N,两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算。,也为对称电压,下 页,上 页,结论,Z,Z,Z,N,+,N,+,+,A,相计算电路,+,A,N,N,Z,计算电流：,为对称电流,电源中点与负载中点等电位。,有无中线对电路情况没有影响。,对称情况下，各相电压、电流都是对称的，可采用一相（,A,相）等效电路计算。其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。,下 页,上 页,结论,Y,形联接的对称三相负载，根据相、线电压、电流的关系得：,下 页,上 页,2.,Y,联,接,解法,1,负载上相电压与线电压相等：,Z,Z,Z,+,A,+,B,+,C,c,a,b,相电流：,线电流：,30,o,30,o,30,o,30,o,下 页,上 页,c,a,b,+,+,+,Z,Z,Z,负载上相电压与线电压相等，且对称。,线电流与相电流对称。线电流是相电流的,倍，相位落后相应相电流,30,。,根据一相的计算结果，由对称性可得到其余两相结果。,解法,2,下 页,上 页,结论,Z/3,Z/3,Z/3,N,c,b,a,利用计算相电流的一相等效电路。,解法,3,下 页,上 页,a,Z/,3,A,相计算电路,+,A,N,N,a,Z,+,A,B,b,3.电源为,联接时的对称三相电路的计算,将,电源用,Y,电源替代，保证其线电压相等。,下 页,上 页,A,B,C,+,+,+,+,A,+,B,+,C,例,下 页,上 页,+,+,+,Z,Z,Z,b,A,C,B,Z,l,Z,l,Z,l,a,c,+,+,+,Z/,3,Z/,3,b,A,C,B,Z,l,Z,l,Z,l,a,c,Z/,3,Z/,3,Z,l,a,+,A,N,N,(1),将所有三相电源、负载都化为等值,Y,Y,接电路；,(2),连接负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；,(3),画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：,(4),根据,接、,Y,接时,线量、相量之间的关系，求出原电路的电流电压。,(5),由对称性，得出其它两相的电压、电流。,对称三相电路的一般计算方法:,一相电路中的电压为,Y,接时的相电压。,一相电路中的电流为线电流。,下 页,上 页,小结,例,1,对称三相电源线电压为,380V,，,Z,=6.4+j4.8,，,Z,l,=6.4+j4.8,。,求负载,Z,的相、线电压和电流。,解,画出一相计算图,下 页,上 页,Z,Z,l,a,+,A,N,N,+,+,+,Z,Z,A,C,B,Z,l,Z,l,Z,l,Z,N,N,a,c,b,下 页,上 页,Z,Z,l,a,+,A,N,N,例,2,对称三相负载分别接成,Y,和,型。求线电流。,解,应用：,Y,降压起动。,下 页,上 页,A,B,C,Z,Z,Z,A,B,C,Z,Z,Z,例,3,对称三相电路，电源线电压为,380V,，,|,Z,1,|=10,，cos,1,=0.6,(,感性),，,Z,2,=j50,，,Z,N,=1+j2,。,求：线电流、相电流，画出相量图(以,A,相为例)。,解,画出一相计算图,下 页,上 页,+,_,Z,1,+,_,_,_,+,+,N,A,C,B,Z,1,Z,2,Z,N,N,根据对称性，得,B、C,相的线电流、相电流：,下 页,上 页,+,_,Z,1,由此可以画出相量图：,30,o,53.1,o,18.4,o,下 页,上 页,例,4,消去互感，进行,Y,变换，取,A,相计算电路,下 页,上 页,+,+,+,_,_,_,Z,1,Z,1,Z,1,Z,2,Z,2,Z,2,Z,n,L,L,L,R,R,R,A,B,C,M,*,*,*,M,M,LM,LM,LM,解,负载化为,Y,接。,根据对称性，中性电阻,Z,n,短路。,下 页,上 页,Z,1,Z,2,/3,Z,3,+,_,电源不对称（不对称程度小，系统保证其对称)。,电路参数(负载)不对称情况很多。,电源对称，负载不对称(低压电力网)。,分析方法,不对称,复杂交流电路分析方法。,主要了解：中性点位移。,12.4 不对称三相电路的概念,讨论对象,下 页,上 页,负载各相电压：,三相负载,Z,a,、,Z,b,、,Z,c,不相同。,下 页,上 页,N,+,N,+,+,Z,N,Z,a,Z,b,Z,c,负载中点与电源中点不重合。,在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，使负载的工作状态不正常。,相量图,N,N,中性点位移,下 页,上 页,注意,例,1,(1),正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。,每相负载的工作情况相对独立。,(2),若三相三线制,设,A,相断路(三相不对称),灯泡电压低，灯光昏暗。,A,C,B,N,照明电路：,下 页,上 页,A,C,B,N,N,(3),A,相短路,超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。,计算短路电流：,A,C,B,N,短路电流是正常时电流的3倍,下 页,上 页,注意,要消除或减少中点的位移，尽量减少中线阻抗，然而从经济的观点来看，中线不可能做得很粗，应适当调整负载，使其接近对称情况。,下 页,上 页,结论,负载不对称，电源中性点和负载中性点不等位，中线中有电流，各相电压、电流不存在对称关系；,中线不装保险，并且中线较粗。一是减少损耗，二是加强强度,(,中线一旦断了，负载不能正常工作,),。,图示为相序仪电路。说明测相序的方法,解,例,2,应用戴维宁定理,A,当,C,变化时，,N,在半圆上移动,下 页,上 页,A,B,C,C,R,R,N,+,N,+,+,C,R,eq,+,A,N,若以接电容一相为,A,相，则,B,相电压比,C,相电压高。,B,相灯较亮，,C,相较暗(正序)。据此可测定三相电源的相序。,N,C,B,A,N,三相电源的相量图,电容断路，,N,在,CB,线中点,电容变化，,N,在半圆上运动，因此总满足：,下 页,上 页,例,3,如图电路中，电源三相对称。当开关,S,闭合时，电流表的读数均为,5A,。,求：开关,S,打开后各电流表的读数。,解,开关,S,打开后，表,A,2,的电流数与负载对称时相同。而表,A,1,和表A,3,的电流数等于负载对称时的相电流。,下 页,上 页,Z,Z,Z,A,2,S,A,3,A,1,=,5A,A,2,A,1,A,3,1.对称三相电路功率的计算,12.5 三相电路的功率,P,p,=,U,p,I,p,cos,三相总功率：,P,=3,P,p,=3,U,p,I,p,cos,平均功率,下 页,上 页,A,B,C,Z,Z,Z,(1),为相电压与相电流的相位差(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。,(2),cos,为每相的功率因数，在对称三相制中有,cos,A,=,cos,B,=,cos,C,=,cos,。,(3),公式计算电源发出的功率(或负载吸收的,功率)。,下 页,上 页,A,B,C,Z,Z,Z,注意,下 页,上 页,A,B,C,R,R,R,A,B,C,R,R,R,例,1,已知对称三相电路线电压,U,l,，,问负载接成,Y,和,各从电网获取多少功率？,解,结论,(1),当负载由,Y,改接成,时,，,若,线电压不变，则由于相电压与相电流增大 倍，所以功率增大,3,倍。,(2),若负载的相电压不变，则不论怎样连接其功率不变。,无功功率,Q=Q,A,+Q,B,+Q,C,=3,Q,p,视在功率,2）,这里的，,P,、,Q,、,S,都是指三相总和。,1）,功率因数也可定义为：,cos,=,P,/,S,下 页,上 页,注意,3）,不对称时,无意义,对称三相负载的瞬时功率,下 页,上 页,单相：瞬时功率脉动,三相：瞬时功率恒定,w,t,p,0,3,UI,cos,p,w,t,0,UI,cos,电动机转矩:,m,p,可以得到均衡的机械力矩。避免了机械振动。,下 页,上 页,2.三相功率的测量,三表法,若负载对称，则需一块表，读数乘以,3,。,三相四线制,下 页,上 页,*,三,相,负,载,W,A,B,C,N,*,*,*,*,*,W,W,二表法,测量线路的接法是将两个功率表的电流线圈串到任意两相中，电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。（有三种接线方式）,三相三线制,下 页,上 页,*,三,相,负,载,W,A,B,C,*,*,*,W,注意,若,W,1,的读数为,P,1,W,2,的读数为,P,2,，则三相总功率为：,P,=,P,1,+,P,2,下 页,上 页,*,W,1,A,B,C,*,*,*,W,2,三,相,负,载,*,W,1,A,B,C,*,*,*,W,2,三,相,负,载,*,W,1,A,B,C,*,*,*,W,2,三,相,负,载,证明：,因,负载可以变为,Y,，故上述结论仍成立。,p=u,AN,i,A,+u,BN,i,B,+u,CN,i,C,i,A,+,i,B,+,i,C,=0,i,C,=(,i,A,+,i,B,),p=,(,u,AN,u,CN,),i,A,+,(,u,BN,u,CN,),i,B,=,u,AC,i,A,+u,BC,i,B,1,:,u,AC,与,i,A,的相位差,，,2,是,u,BC,与,i,B,的相位差。,设负载是,Y,型联接,P,=,U,AC,I,A,cos,1,+,U,BC,I,B,cos,2,W,1,W,2,下 页,上 页,i,A,A,C,B,i,B,i,C,N,Z,A,Z,B,Z,C,注意,只有在三相三线制条件下，才能用二表法，且不论负载对称与否。,3.按正确极性接线时，若出现一个表指针反转即读数为负，将其电流线圈极性反接使指针指向正数，但此时读数应记为负值。,两表读数的代数和为三相总功率，单块表的读数无意义。,4.负载对称情况下，有：,下 页,上 页,注意,由相量图分析：,假设负载为感性，相电流(即线电流)落后相电压,j,。,P,=,P,1,+,P,2,=,U,AC,I,A,cos,1,+,U,BC,I,B,cos,2,=,U,l,I,l,cos,1,+,U,l,I,l,cos,2,1,=,30,2,=,+,30,N,30,30,1,2,下 页,上 页,所以,P,1,=,U,l,I,l,cos,1,=,U,l,I,l,cos(,30,),P,2,=,U,l,I,l,cos,2,=,U,l,I,l,cos(,+30,),下 页,上 页,=0,P,1,P,2,P,1,=,P,1,+P,2,60,o,负数(零),(感性负载),60,o,负数(零),正数,正数,(容性负载),=90,o,0,讨论,求：,(1),线电流和电源发出的总功率；,(2),用两表法测三相负载的功率，画接线图,求两表读数。,解,例,1,已知,U,l,=380V，,Z,1,=30+j40,，,电动机,P,=1700W，cos,j,=0.8,(感性),。,(1),下 页,上 页,D,A,B,C,Z,1,电动机,电动机负载：,总电流：,下 页,上 页,表,W,1,的读数,P,1,：,(2),两表接法如图,P,1,=,U,AC,I,A,cos,1,=,3807.56,cos(46.2,30,),=,2758.73,W,表,W,2,的读数,P,2,：,P,2,=,U,BC,I,B,cos,2,=,3807.56,cos(30,+,46.2,),=,685.26,W,=,P,-,P,1,下 页,上 页,D,A,B,C,Z,1,电动机,W,1,*,*,*,*,W,2,例,2,根据图示功率表的读数可以测取三相对称负载的什么功率？,解,N,30,画出相量图，得功率表的读数：,P,=,U,BC,I,A,cos(90,0,+,),=,U,l,I,l,sin,根据功率表的读数可以测取负载的无功功率。,上 页,*,W,A,B,C,*,三相,对称,负载,下 页,上 页,