电工学讲义3_new.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 三相交流电路,1.,掌握三相电路的基本概念：对称电源、对称负载、,线电压 相电流、线电流及其关系,能计算对称,/,不对称三相电路的电流、电压，,对称三相电路的功率,3.,了解不对称三相电路的概念，掌握中线的作用。,基 本 要 求,三相交流电路与,正弦交流电路从理论角度看：,三相交流电路是复杂的正弦交流电路。,因此两者分析方法相同,-,相量分析法、相量图法。,三相电路本身有特殊点：如,对称,三相电路等。,M,L1,L2,L3,N,380/220V,常用低压供电的三相电源电压：,380/220V,工厂、企业用电：,三相电源,单相电源,家用电：,单相电源,L1,、,L2,、,L3-,相线（俗称：火线）,N-,中线（零线或地线）,小常识,三相四线制,三相电源,三相电是由三相发电机产生的,机座,定子铁芯,定子绕组,端盖,定子,转子,三线圈空间位置各差,120,o,定子,定子铁芯由硅钢片叠加而成，内圆表面有槽，槽内放置定子绕组，绕组与铁芯绝缘,.,(,尾端,),+,U2,U1,V1,V2,W1,W2,(,首端,),+,+,e,1,e,2,e,3,三相绕组共有首末,6,个端头，首端用,U1,V1,W1,表示，末端用,U2,V2,W2,表示，各绕组相差,120,端头引至接线盒的接线头上。,U1,U2,e,+,_,转子由内燃机,气轮机驱动,上装转子绕组,通以直流电,当,磁极极面形状适当，可使定子与转子之间的气隙的磁,通密度呈,正弦状态分布，当转子以衡速转动，定子绕组,就感应出,正弦电动势,。,转子,(,尾端,),+,U2,U1,V1,V2,W1,W2,(,首端,),+,+,e,1,e,2,e,3,设：三相绕组中感生出的电动势的瞬时值为：,e,1,e,2,e,3,1,）由于每相绕组的形状，匝数相同，由同一磁极旋转产生,E,1,=E,2,=E,3,，E,1m,=E,2m,=E,3m,2),由于三相绕组以同一速度切割磁力线,三相电动势频率相等,f=np,/60 ,n,为转子旋转速度,单位,r/min,p,为磁极对数,上图中为,p,=1,3),三相绕组在空间存在,120,相位差,三个电动势之间存在,相序。,三相电动势的特点,大小相等，频率相同，相位互差,120,三个电动势到达正或负最大值的先后顺序称三相交流电的相序。一般规定：,以,e,1,为,参考，若,e,2,滞后,e,1,，,e,3,滞后,e,2,即：,1,2,3,顺相序,即：,1,3,2,逆相序,不做说明，均指顺相序,三相交流电的相序,以,e,1,为,参考，若,e,3,滞后,e,1,，,e,2,滞后,e,3,其函数表示式及波形图为：,在,三相发电机中，三个电动势的最大值和频率相同，,相位上互差,120,，这样的电动势称,三相对称电动势,。,Em,相量式及相量图为：,三相电源的接法,在,三相制的电力系统中，电源的三个绕组不是独立向,负载供电，而是按一定的方式连接起来，形成整体。,星形接法（,Y,）,三角形接法（,）,W1,L1,U2,V2,L3,L2,W2,N,U1,V1,+,_,+,+,_,_,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,_,W1,U2,V2,W2,U1,V1,三相电源的星形接法,L1,U2,V2,L3,L2,W2,N,U1,V1,W1,+,_,+,+,_,_,三相供电系统中,最常用的是星形接法的四线制供电系统,特点,1,）三相绕组的三个末端连在一起，成为公共点，称为“,中点,”,.,从中点引出“,中线,”,2,）从三相绕组首端,U1,V1,W1,引出,相线,相线对地有电压，又称“火线”,.,在低压系统中,中点通常接地，中点又称“零点”，中线又称“零线”。,L1,U2,V2,L3,L2,W2,N,U1,V1,+,_,+,+,_,_,中线,(,零线、地线,),端线,(,相线、火线,),W1,三相供电系统中,还有星形接法的三线制供电系统：,不同之处,中线不引出,L1,U2,V2,L3,L2,W2,U1,V1,+,_,+,+,_,_,W1,相,电压：,线,电压：,相线与中线之间的电压，,1,，,2,，,3,相线与相线之间的电压,12,，,23,，,31,P,L,图中所示正方向规定如下：,相,电压正方向选定为：自绕组始端指向末端,线电压正方向选定为：如：,12,则表示：,L1,L2,+,+,+,+,+,+,U2,V2,N,L2,L3,L1,+,+,+,U1,V1,W2,W1,三相电源的星形联结中的电压,据KVL：,1,=,1,，,2,=,2,，,3,=,3,，,三相电动势对称,三相相电压对称,相电压的特点,三相电源星形连接中三相电压的 特点,120,0,120,0,120,0,L3,+,+,+,+,+,+,+,N,L2,L1,+,+,U,1,=U,2,=U,3,=U,P,线电压的特点,L3,+,+,+,+,+,+,+,N,L2,L1,+,+,线电压和相电压的关系,30,O,同,理：,线电压与相电压的通用关系表达式：,-,为相电压,-,为线电压,在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为,当相电压对称，线电压也对称（互差,120,）。,线电压的有效值是相电压的,3,倍，,线电压超前相电压,30,以,相量图表示如下：,小结,三相电源的三角形接法,+,+,+,L2,L1,L3,本书中不作讲解,三相电路中负载的连接方式,负载的两种接法,:,星形接法,L1,L3,L2,N,Z,Z,Z,三角形接法,L1,L3,L2,Z,Z,Z,三相负载的星形接法（,Y,）,照明灯的额定电压,220V,要在电路中接入大量的照明负载，需要将他们均匀地分布在电源各相之间，以使负载尽量平衡,通常将负载采用星形接法。,电源,保险丝,三相四线制,380/220,伏,额定相电压为,220,伏的单相负载,L2,L1,L3,N,单相负载的一端,接在相线上，另,一端连在一起，,接在或不接在中,线上。,特点：,Z,Z,Z,L1,L2,N,Z,Z,Z,星形接法中的三种电流,L3,线电流,(,火线上的电流,),：,相电流,(,负载上的电流,),：,中线电流,星形接法特点一,相电流,=,线电流,*,:,零线电流,L3,L1,L2,N,Z,Z,Z,L1,L2,N,Z,1,Z,2,Z,3,星形接法中的两种电压,L3,相电压,(,负载上的电压,),：,+,+,+,_,_,_,线电压,(,火线间的电压,),：,+,_,+,_,+,_,考虑三相电源的关系,*,线电压,=,相电压,线电压领先于相电压,30,o,.,L1,L3,L2,N,Z,1,Z,3,Z,2,+,+,+,_,_,_,U,I,I,p,L,z,p,&,&,&,=,=,负载星形接法时的一般计算方法,解题思路：,设已知线电压,L1,L3,L2,N,Z,1,Z,3,Z,2,+,+,+,_,_,_,例,1,：已知三相负载,R,、,L,、,C,以及 三相线电压：,求：各相、各线及中线电流,L,L3,R,L1,L2,N,C,（,1,）,负载不对称时，各相单独计算,解：,1.,相,电,压,线,电,压,L,L3,R,L1,L2,N,C,3.,中线电流,2.,相、线电流：,p,=,L,例 一,三相四线制供电，电压,380V/220V,，,三相负载为白炽灯，,L1,相,R,1,=11,，,L,2,相,R,2,=22,，,L3,相,R,3,=,44,，,求各电流。,L1,L2,N,R,1,R,2,R,3,L3,+,_,+,_,+,_,1,=,1,/,R,1,=220,0/11=20 0 A,2,=,2,/,R,2,=220,-120/22=10-120 A,3,=,3,/,R,3,=220,120/44=5 120 A,N,=,1,+,2,+,3,=13.2,-19.1 A,各相负载不对称时，线电流不对称，中线电流不为,0,解：,L1,L2,N,R,1,R,2,R,3,L3,+,_,+,_,+,_,_,设,1,=,220,0,则,2,=,220,-120,，,3,=,220,120,L1,L2,N,R,1,R,2,R,3,L3,+,_,+,_,+,_,_,在上例中，,L3,灯不开，求各线的电流,解：,(1),L3,相灯不开，相当于,R,3,为,，,I,3,=0,L1,、,L2,相不受影响，电流不变,1,=,20 0 A，,2,=10-120 A,N,=,1,+,2,+,3,=17.3,-30 A,若,L3,灯不开，,中线断开，求,L1,相、,L2,相灯上的电压。,L,3,灯不开,中线也断开，,R,1,R,2,串联在,L,1,L,2,之间,U,R1,=380,R,1,/(,R,1,+,R,2,)=126.7V,U,R2,=380,R,2,/(,R,1,+,R,3,)=252.3V,不平衡负载无中线时，各相电压不平衡,中线中不能接熔断器,L1,L2,N,R,1,R,2,R,3,L3,+,_,+,_,+,_,_,平衡负载,：,据此可直接得出另两相电流：,（,中线电流为,0,）,负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相 有效值即可。,（,2,）,负载对称,(,平衡,),时，只需计算一相,中线电流为,0,负载对称时,零线是否,可以取消？,三相完全对称时，零线可以取消。称为三相三线制。,L1,L3,L2,Z,1,Z,3,Z,2,+,+,+,_,_,_,三相三线制供电时不平衡各相电流的计算,已知,：,每盏灯的额定值为,220V,、,100W,，,求：各电流,L1,N,N,L3,L2,用结点电压法,L1,N,N,L3,L2,R,R,R,R,N,N,L2,L3,L1,每盏灯为,220V,、,100W,、,、,代入,R,值得,：,R,R,R,R,N,N,L2,L3,L1,L1,L3,L2,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,正确接法,:,每层楼的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,则每盏灯上都可,得到额定的工作电压,220V,。,应用实例,-,照明电路,照明电路的一般画法,零线上不能加,刀闸和保险,L1,L2,L3,N,.,.,.,一,层,二,层,三,层,讨论,照明电路能否采用三相三线制,供电方式？,L1,L3,L2,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,不加零线,会不会出,现问题,?,讨论,设线电压为,380V:,L1,相断开后，,L2,、,L3,两相串连，电压,U,23,（,380V,）,加在,L2,、,L3,负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为,190V,。,问题,1,：,若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何,?,L1,L3,L2,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,分析：,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,问题,2,：,若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼,灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层,的,1/4,结果如何？,结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，,灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。,L1,L3,L2,R,2,R,3,分析,关于零线的结论,负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，,照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。,中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。,三相负载的三角形接法（,）,当负载的的额定电压为,380V,，,就需要将负载三相三线制,供电系统的相线与相线之间。当负载较多时，就将其分别,接在各相线之间。这种接法称为负载的三角形接法。,特点：,每相负载的两端分,别接在两根相线上。,负,载,连,接,Z,12,Z,23,Z,32,为各相的复阻抗，不计导线电阻，,每相负载承受线电压，不受其他相影响：,1,2,3,为线电流,12,23,31,为相电流,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,三角形接法中的电压,每相负载的电压称,相电压,P,两根火线间的电压称,线电压,L,在“,”,接法中,，,线电压,=,相电压，,P,=,L,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,相电流,各电流的计算,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,I,12,=I,23,=I,31,=I,P,=U,L,/,|,Z,|,当,Z,1,=Z,2,=Z,3,=Z,(,|,Z,12,|,=,|,Z,23,|=|,Z,31,|,，,1=,2=,3=,),且,U,12,=U,23,=U,31,=U,L,各相电流互差相位角,120,对称负载,I,1,=I,2,=I,3,=I,L,I,L,=,3,I,p,又据,KCL,据,相量图,线电流,12,23,31,-,31,-,23,31,12,23,1,2,3,-,12,对称负载,各线电流互差相位角,120,线电流比相电流滞后,30,在,数值上，线电流是相电流的,3,倍,负载对称时，线,/,相电流也对称,负载对称时三角形接法的特点,举 例,已知：,Z,12,=Z,23,=Z,31,=,16+,j,12,电源电压,380V,，,求,:,各电流表读数。,解：,三相对称负载，,三相电流也对称,I,12,=I,23,=,I,31,=I,P,I,1,=I,2,=,I,3,=,I,L,|,Z,|=,16,2,+12,2,=20,I,P,=U,P,/,|,Z,|=380/20=19A,I,L,=,3,I,P,=19 3 A,各,电流表的读数都是,19 3A,接法，对称负载，相电流、线电流也对称，只计算一相,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,A1,A2,A3,接法,不对称负载，相电流,线电流也不对称，各相分别计算,上题中，将,Z,23,改为,8+j6,，,求各电流表读数,设,12,=380,0,，,23,=380,-120,，,31,=380,120,12,=,12,/,Z,12,=380,0/（16+12,j,)=19-36.9,31,=,31,/,Z,31,=380,120/（16+12,j,)=19-66.9,23,=,23,/,Z,23,=380,-120/（8+6,j,)=38-156.9,1,=,12,31,=32.9,-66.9,2,=,23,12,=50.3,-176,3,=,31,23,=50.3,42.2,L1,L3,L2,+,+,+,_,_,_,A1,A2,A3,小结,三相负载中各电压和电流的关系,负载接法,电 压,电 流,对称负载,不对称负载,对称负载,不对称负载,星形（,Y,）,有中线,U,L,=,3,U,P,U,L,3,U,P,I,L,I,P,I,N,O,I,L,I,P,线相电流不对称,I,N,O,无中线,U,L,=,3,U,P,相电压不对称,I,L,I,P,I,L,I,P,线相电流不对称,I,N,O,三角形（,）,U,L,U,P,U,L,U,P,I,L,=,3,I,P,相电流，线电流均不对称,一般照明负载都联接成,Y,形（有中线）,三相电动机的线组接成,/Y,。,一般在铭牌中标出,380V Y/380V,小知识,三相电路的功率,P,P,1,P,2,P,3,U,1,I,1,cos,1,U,2,I,2,cos,2,U,3,I,3,cos,3,有功功率：,U,1,、,U,2,、,U,3,为相电压,I,1,、,I,2,、,I,3,为相电流,cos,1,、,cos,2,、,cos,3,为,各相功率因数,负载对称时：,三相总有功功率：,若以线电压、线电流表示,对,Y,形对称负载,:,对,形对称负载,:,对三相对称负载，无论何种接法，统一表示为：,P,3 U I,cos,U,、,I,为线电压、线电流,I,L,I,P,U,L,=3U,P,，,P,Y,3,U,L,I,L,cos,U,L,U,P,I,L,=3I,P,P,3,U,L,I,L,cos,因为线电压、线电流易测量,无功功率和视在功率,用相电压表示：,用线电压表示：,Q,3U,l,I,l,sin,S=,3U I,Q3U,P,I,P,sin,S=,P,2+,Q,2,=3U,P,I,P,Q=Q,1,+Q,2,+Q,3,=U,1,I,1,sin,1,+,U,2,I,2,sin,2,+,U,3,I,3,sin,3,对称负载,End,Z,1,Z,2,Z,3,为各相的复阻抗，不计导线电阻，各相负载承受相应相的相电压，不受其他相影响,讨论零线电流,L1,L3,L2,N,Z,1,Z,3,Z,2,+,+,+,_,_,_,Z,1,=Z,2,=Z,3,=Z,考虑：,对称,/,平衡负载,:,|,Z,1,|,=,|,Z,2,|,=,|,Z,3,|,=,|,Z,|,1,=,2,=,3,=,Z=,|,Z,|,1,=,1,/Z,1,2,=,2,/Z,2,3,=,3,/Z,3,据,KCL,：,N,=,1,+,2,+,3,当,:,Z,1,=Z,2,=Z,3,=Z,U,1,=U,2,=U,3,=U,P,L1,L3,L2,N,Z,1,Z,3,Z,2,+,+,+,_,_,_,平衡负载,中线电流,=,？,三相电动机，各相负载平衡，,可采用不接中线供电。,照明电路，难以保证负载平衡，,可采用接中线供电。,电流沿一或二根相线流经负载,沿其余导线流回电源,中线可取消。三相四线制成为三相三线制。,平衡负载时，中线电流 为,0,。,