第二章电路分析基础(三相交流)-s-5.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,*,第二章 电路分析基础,上海大学 自动化系,2009.10,第二章 电路分析基础,2.1,电路的基本定律,2.2,电路的分析方法,2.3,电路的暂态分析,2.4,正弦交流电路,2.5,三相正弦交流电路,重点,1.,三相电路的基本概念,2.,对称三相电路的分析,3.,三相电路的功率,2.5,三相正弦交流电路,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。,三相电由三相交流发电机产生。,1891,年世界上第一台三相交流发电机在德国劳芬发电厂投运，并建成了第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输电线路。,由于三相电路输送电力比单相电路,经济,，三相,交流电机的运行性能和效率,也远较单相交流电机为优，因此目前世界上电力系统和动力用电都几乎无例外地采用三相制。,为什么,三相,交流电？,（,1,）发电方面：比单相发电机可提高功率,50,；,（,2,）输电方面：比单相输电节省钢材,25,；,（,3,）配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接,入负载；,（,4,）运电设备：,三相电动机比单相电动机，结构简单、价格低廉，机械震动小，性能平稳可靠等，产生稳定的旋转磁场,必须至少要,三相供电,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。,直流发电机发电直流输电？,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,2.5.1,对称三相电路,（,1,）,瞬时值表达式,A,+,X,u,A,B,+,Y,u,B,C,+,Z,u,C,（,2,）,波形图,A,、,B,、,C,三端称为始端,，,X,、,Y,、,Z,三端称为末端,。,t,u,A,u,B,u,u,C,O,（,3,）,相量表示,120,120,120,（,4,）,对称三相电源的特点,正序,(,顺序,),：,ABCA,负序,(,逆序,),：,ACBA,A,B,C,相序的实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。,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,（,5,）,对称三相电源的相序,A,B,C,三相电源中各相电源经过同一值,(,如最大值,),的先后顺序,2.5.2,三相电源的联接,把三个绕组的末端,X,Y,Z,接在一起，把始端,A,B,C,引出来,+,A,N,X,+,B,Y,+,C,Z,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,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,),（,2,）三角形联接,(,联,接,),+,A,X,B,Y,C,Z,+,+,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,三角形联接的对称三相电源没有中点。,三个绕组始末端顺序相接。,名词介绍：,(1),端线,(,火线,),：始端,A,B,C,三端引出线。,(2),中线：中性点,N,引出线，,接无中线。,(3),三相三线制与三相四线制。,(5),相电压：每相电源的电压。,(4),线电压：端线与端线之间的电压。,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,2.5.3.,三相负载及其联接,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，三相负载也有星型和三角形二种联接方式。,A,B,C,N,Z,A,Z,C,Z,B,A,B,C,Z,BC,Z,CA,Z,AB,星形联接,三角形联接,称三相对称负载,负载的相电压：每相负载上的电压。,线电流：流过端线的电流。,相电流：流过每相负载的电流。,A,B,C,N,Z,A,Z,C,Z,B,A,B,C,Z,BC,Z,CA,Z,AB,负载的线电压：负载端线间的电压。,1.Y,联接,2.5.4,对称三相电源线电压（电流）,与相电压（电流）的关系,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,N,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,对,Y,接法的,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,。,结论,2.,联,接,即线电压等于对应的相电压。,A,+,X,+,+,B,C,Y,Z,A,B,C,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。,关于,联,接电源需要强调一点：始端末端要依次相连。,正确接法,错误接法,I,=0,联,接电源,中不会产生环流。,注意,I,0,接电源,中将会产生环流。,当将一组三相电源连成三角形时，应先不完全闭合，留下一个开口，在开口处接上一个交流电压表，测量回路中总的电压是否为零。如果电压为零，说明连接正确，然后再把开口处接在一起。,V,V,型接法的电源：若将,接的三相电源去掉一相，则线电压仍为对称三相电源。,+,+,A,B,C,A,B,C,+,+,3.,相电流和线电流的关系,A,+,+,+,B,C,A,B,C,N,A,B,C,N,Z,Z,Z,星型联接时，线电流等于相电流。,结论,A,B,C,Z,Z,Z,A,B,C,Z/3,Z/3,Z/3,N,结论,(,2,),线电,流,相位,滞后,对应相电,流,30,o,。,联接的对称电路：,2.5.5,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）,+,_,+,_,_,+,N,n,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,以,N,点为参考点，对,n,点列写节点方程：,+,_,+,_,_,+,N,n,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,负,载,侧,相,电,压：,+,_,+,_,_,+,N,n,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,对称电压,电流：,为对称电流,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。,+,_,+,_,_,+,N,n,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,A,相计算电路,+,A,N,n,a,Z,结论,U,nN,=0,，,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。,2.,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,。只要算出一相的电压、电流，则其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。,3.,Y,形联接的对称三相负载，其相、线电压、电流的关系为：,2.,Y,联,接,+,_,+,_,_,+,N,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,负载上相电压与线电压相等：,解,计算相电流：,线电流：,30,o,30,o,30,o,30,o,+,_,+,_,_,+,N,Z,Z,Z,A,B,C,a,b,c,(1),负载上相电压与线电压相等，且对称。,(2),线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的 倍，相位落后相应相电流,30,。,故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余两相结果。,结论,3.,电源为,联接时的对称三相电路的计算,将,接电源用,Y,接电,源替代，保证其线电压相等，再根据上述,YY,，,Y,接方法计算。,+,+,+,A,B,C,+,+,+,N,A,B,C,N,例,b,+,+,+,_,_,_,A,C,B,Z,Z,l,Z,l,Z,l,Z,Z,a,c,+,A,N,n,a,Z/,3,Z,l,(1),将所有三相电源、负载都化为等值,Y,Y,接电路；,(2),连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗不计；,(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,:,例,1,A,B,C,Z,Z,Z,Z,l,Z,l,Z,l,已知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,的相电压、线电压和电流。,解,+,A,+,B,N,+,C,Z,l,Z,l,Z,l,Z,Z,Z,+,A,N,n,a,Z,Z,l,画出一相计算图,+,A,N,n,a,Z,Z,l,例,2,如图对称三相电路，电源线电压为,380V,，,|,Z,1,|=10,，,cos,1,=0.6(,滞后,),，,Z,2,=j50,，,Z,N,=1+j2,。,求：线电流、相电流，并定性画出相量图,(,以,A,相为例,),。,+,_,_,_,+,+,N,A,C,B,Z,1,Z,2,Z,N,N,解,+,_,Z,1,画出一相计算图,根据对称性，得,B,、,C,相的线电流、相电流：,+,_,Z,1,1.,对称三相电路功率的计算,2.5.6,三相电路的功率,P,p,=,U,p,I,p,cos,三相总功率,：,P,=3,P,p,=3,U,p,I,p,cos,（,1,）平均功率,注,(1),为相电压与相电流的相位差角,(,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，在对称三相制中即三相功率因数：,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,),。,（,2,）,无功功率,Q=Q,A,+Q,B,+Q,C,=3,Q,p,（,3,）,视在功率,这里的，,P,、,Q,、,S,都是指三相总和。,功率因数也可定义为：,cos,=,P,/,S,(,不对称时,无意义,),（,4,）对称三相负载的瞬时功率,单相：瞬时功率脉动,三相：瞬时功率恒定,w,t,p,O,3,UI,cos,p,w,t,O,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。,2.,三相功率的测量,(1),三表法,若负载对称，则需一块表，读数乘以,3,。,*,三,相,负,载,W,W,W,A,B,C,N,*,*,*,*,*,三相四线制,(2),二表法：,这种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,若,W,1,的读数为,P,1,，,W,2,的读数为,P,2,，则三相总功率为：,三,相,负,载,W,1,A,B,C,*,*,*,*,W,2,三相三线制,P,=,P,1,+,P,2,证明：,所以两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。由于,联接负载可以变为,Y,型联接，故结论仍成立。,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,i,A,A,C,B,i,B,i,C,N,1,:,u,AC,与,i,A,的相位差，,2,:,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,2,1.,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。,注,2.,两块表读数的代数和为三相总功率，每块表的单独读数无意义。,3.,负载对称情况下，有：,为阻抗角,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,。,U,AN,，,U,BN,，,U,CN,为相电压,。,P,=,P,1,+,P,2,=,U,AC,I,A,cos,1,+,U,BC,I,B,cos,1,=,30,2,=,30+,N,30,30,1,2,其它两种接法可类似讨论。,所以,讨论,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,+,),=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,求：,(1),线电流和电源发出总功率；,(2),用两表法测电动机负载的功率，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,(,滞后,),。,(1),D,A,B,C,Z,1,电动机,电动机负载：,总电流：,表,W,1,的读数,P,1,：,D,A,B,C,Z,1,电动机,(2),两表的接法如图,W,1,*,*,*,*,W,2,P,1,=,U,AC,I,A2,cos,1,=,3803.23,cos(,30,+,36.9,),=,1218.5W,表,W,2,的读数,P,2,：,P,2,=,U,BC,I,B2,cos,2,=,3803.23,cos(,156.9,+,90,),=,481.6W,例,2,三相,对称,负载,W,A,B,C,*,*,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，由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。,郁金香,