第三章三相交流电路.ppt

第三章三相交流电路第第3 3章章 三相正弦交流电路三相正弦交流电路一一.本章重点本章重点:1.1.掌握掌握对称三相电源对称三相电源及其及其相电压相电压线电压线电压的表示方法的表示方法.2.2.掌握对称三相电路的计算掌握对称三相电路的计算.3.3.掌握三相功率的计算掌握三相功率的计算.第第3 3章章 三相三相交流电路事事实实上上，电电力力系系统统所所采采用用的的供供电电方方式式绝绝大大多多数数属属于于三相制，日常用电是取自三相制中的一相。三相制，日常用电是取自三相制中的一相。三三相相制制电电力力系系统统：由由三三个个频频率率相相同同、相相位位互互差差120的的正正弦弦交流电源供电的系统。交流电源供电的系统。三三相相电电路路实实际际上上是是一一种种特特殊殊的的交交流流电电路路。正正弦弦交交流流电电路路的的分分析析方方法法对对三三相相电电路路完完全全适适用用。由由于于三三相相电电路路的的对对称称性，可采用一相电路分析，以简化计算。性，可采用一相电路分析，以简化计算。对对称称三三相相电电源源：三三个个频频率率相相同同、相相位位互互差差120的的正正弦弦交交流流电源按一定方式联接而成。电源按一定方式联接而成。3.1 三相电源：三相电源：A+XuAB+YuBC+ZuC2.波形图波形图 t OuAuBuuC1.瞬时值表达式瞬时值表达式:3.1.1对称三相电源：对称三相电源：三三个个频频率率相相同同、相相位位互互差差120的的正正弦交流电源按一定方式联接而成。弦交流电源按一定方式联接而成。3.相量表示相量表示1201201204.对称三相电源的特点对称三相电源的特点正序正序(顺序顺序)：ABCA负序负序(逆序逆序)：ACBAABC相序的相序的实际意义实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。：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。以后如果不加说明，一般都认为是正相序。ACBDABC123DACB123正转正转反转反转5.对称三相电源的相序：对称三相电源的相序：三相电源中各相电源经过同一值三相电源中各相电源经过同一值(如最如最大值大值)的先后顺序的先后顺序 三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多优点，三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多优点，主要有：主要有：(1)三相发电机比单相发电机输出功率高。三相发电机比单相发电机输出功率高。(3)性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电动机来说，意味着产生机接转矩均匀，电机振动小。动机来说，意味着产生机接转矩均匀，电机振动小。(2)经经济济：在在相相同同条条件件下下(输输电电距距离离，功功率率，电电压压和和损损失失)三相供电比单相供电省铜。三相供电比单相供电省铜。(4)三相制设备三相制设备(三相异步电动机，三相变压器三相异步电动机，三相变压器)简单，易于简单，易于 制造，工作经济、可靠。制造，工作经济、可靠。由于上述的优点，三相制得到广泛的应用。由于上述的优点，三相制得到广泛的应用。6.三相制的优点三相制的优点3.1.2 对称三相电源的联接对称三相电源的联接:1、星形联接、星形联接(Y接接)：把三个绕组的末端把三个绕组的末端 X,Y,Z 接在一起，接在一起，把始端把始端 A,B,C 引出来。引出来。+ANX+BY+CZA+X+BCYZABCN名词介绍：名词介绍：端线端线(火线火线)：A,B,C 三端引出线。三端引出线。中线：中性点引出线中线：中性点引出线(接地时称地线接地时称地线)，接无中线。接无中线。线电压线电压 相电压相电压 线电流线电流 相电流相电流 三相三线制与三相四线制。三相三线制与三相四线制。1、星形联接、星形联接(Y接接)：把三个绕组的末端把三个绕组的末端 X,Y,Z 接在一起，接在一起，把始端把始端 A,B,C 引出来。引出来。+ANX+BY+CZ3.1.2 对称三相电源的联接对称三相电源的联接:1、星形联接、星形联接(Y接接)：利用相量图得到相电压和利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：线电压之间的关系：线电压对称线电压对称(大小相等，大小相等，相位互差相位互差120o)一般表示为：一般表示为：30o30o30o1、星形联接、星形联接(Y接接)：一般表示为：一般表示为：30o30o30o结论结论：对：对Y接法的接法的对称三相电源对称三相电源所谓的所谓的“对应对应”：对应相电压用线电压的：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。第一个下标字母标出。(1)相电压对称，则线电压也对称。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线电压相位领先对应相电压30o。2、三角形联接、三角形联接(接接)：三个绕组始末端分别对应相接。三个绕组始末端分别对应相接。+AXBYCZ+A+X+BCYZABC即线电压等于对应的相电压。即线电压等于对应的相电压。关于关于 接还要强调一点：始端末端要依次相连。接还要强调一点：始端末端要依次相连。正确接法正确接法错误接法错误接法I=0,接电源接电源中不会产生环流。中不会产生环流。I 0,接电源接电源中将会产生环流。中将会产生环流。2、三角形联接、三角形联接(接接)：三个绕组始末端分别对应相接。三个绕组始末端分别对应相接。3.2 三相负载的连接方式：三相负载的连接方式：1.三相负载的星形（三相负载的星形（Y形）联接：形）联接：ABCNZAZCZB所以，去掉中线一样。所以，去掉中线一样。线电流线电流=相电流相电流例例1.+_+NnZZZ-已知对称三相电源的已知对称三相电源的 线电压为线电压为380V，对称对称负载负载Z100 30求线电流。求线电流。解解：连接中线连接中线Nn，取取A相为例计算相为例计算-+NnZ由对称性，得由对称性，得 例例例例 2 2 在如图在如图 所示的三相四线制电路中所示的三相四线制电路中,外加电压外加电压U UL L=380 V,=380 V,试求各相负载电流及中线电流。试求各相负载电流及中线电流。解解解解 相电压为相电压为。选。选为参考相量为参考相量,则则中线电流为中线电流为 例例例例 3.2.1 3.2.1 如图所示如图所示,在三相四线制电路中在三相四线制电路中,每相负载每相负载阻抗阻抗Z Z=(6+j8),=(6+j8),外加电压外加电压 U Ul l=380V,=380V,试求负载的相电压和试求负载的相电压和相电流。相电流。解解解解 因为是对称电路因为是对称电路,所以可归结到一相来计算所以可归结到一相来计算,其相电其相电压压相电流为相电流为相电压与相电流的相位差为相电压与相电流的相位差为其相量图如图其相量图如图 （b b）所示。所示。选选 为参考相量为参考相量,则则讨论讨论讨论讨论照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线制供电方式？供电方式？ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?例例3.2.23.2.2 三三相相照照明明负负载载（纯纯电电阻阻）连连接接于于相相电电压压为为220220V V的的三三相相四四线线制制对对称称电电源源上上。R RA A=5=5，R RB B=10=10，R RC C=20=20。试试求求下下列列各各种种情情况况下下的的负负载载相相电电压压、负负载载电电流流及及中中线线电电流流。（1 1）如如上上所所述述，正正常常状状态态下下；（2 2）A A相相短短路路时时；（3 3）A A相相短短路路，中中线线又又断断开开时时；（4 4）A A相相断开时；断开时；ABCNZAZCZB例例3.照明电路照明电路:(1)正常情况下，正常情况下，三相四线制三相四线制，中线阻抗约为零。，中线阻抗约为零。每每相相负负载载的的工工作作情情况况没没有有相相互互联联系，系，相对独立相对独立。(2)假设中线断了假设中线断了(三相三线制三相三线制),A相电灯没有接入电路相电灯没有接入电路(三相不对称三相不对称)灯泡未在额定电压下灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。工作，灯光昏暗。ACBNNACBN(3)A相短路相短路超过灯泡的额定电压，超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。灯泡可能烧坏。ACBN可见可见可见可见,在在在在无中线无中线无中线无中线的情况下的情况下的情况下的情况下,一相电路发生故障一相电路发生故障一相电路发生故障一相电路发生故障,就要影就要影就要影就要影响其他两相的正常工作。中线在三相电路中的作用是响其他两相的正常工作。中线在三相电路中的作用是响其他两相的正常工作。中线在三相电路中的作用是响其他两相的正常工作。中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的电压既能为用户提供两种不同的电压既能为用户提供两种不同的电压既能为用户提供两种不同的电压,同时又为星形联接的同时又为星形联接的同时又为星形联接的同时又为星形联接的不对称负载提供对称的不对称负载提供对称的不对称负载提供对称的不对称负载提供对称的 220 220 V V相电压。相电压。相电压。相电压。因此因此因此因此,为了保证为了保证为了保证为了保证负载的相电压对称负载的相电压对称负载的相电压对称负载的相电压对称,在中线的干线上是不准接入熔断器在中线的干线上是不准接入熔断器在中线的干线上是不准接入熔断器在中线的干线上是不准接入熔断器和开关的和开关的和开关的和开关的,而且要用具有足够机械强度的导线作中线。而且要用具有足够机械强度的导线作中线。而且要用具有足够机械强度的导线作中线。而且要用具有足够机械强度的导线作中线。结结论论：(a)照照明明中中线线不不装装保保险险，并并且且中中线线较较粗粗。一一是是减减少少损损耗耗，二是加强强度二是加强强度(中线一旦断了，负载就不能正常工作中线一旦断了，负载就不能正常工作)。(b)要要消消除除或或减减少少中中点点的的位位移移，尽尽量量减减少少中中线线阻阻抗抗，然然而而从从经经济济的的观观点点来来看看，中中线线不不可可能能做做得得很很粗粗，应应适适当当调整负载，使其调整负载，使其接近对称接近对称情况。情况。ACBN2.三相负载的三角形（三相负载的三角形（形）联接：形）联接：ABCZZZ相电流：相电流：结论：结论：线电流与相电流也是对称的。线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的线电流大小是相电流的 倍，倍，相位落后相应相电流相位落后相应相电流30。线电流：线电流：30o30o30o30o 线电压线电压=相电压相电压 例例例例 3 3 在三相三线制电路中在三相三线制电路中,各相负载的复阻抗各相负载的复阻抗Z Z=(6+j8)=(6+j8),外加线电压外加线电压U Ul l=380V,=380V,试求正常工作时负载的相电流和线电试求正常工作时负载的相电流和线电流。流。式中式中,每相阻抗值为每相阻抗值为则线电流为则线电流为相电压与相电流的相位角为相电压与相电流的相位角为解解解解 由于正常工作时是对称电路由于正常工作时是对称电路,所以可归结到一相来计算。所以可归结到一相来计算。其相电流为其相电流为例例4.ABCZZZABCZZZ一对称三相负载分别接成一对称三相负载分别接成Y接和接和 接。分别求线电流。接。分别求线电流。解：解：应用：应用：Y降压起动。降压起动。ABC低压配电设计举例低压配电设计举例:-注意尽量做到三相平衡注意尽量做到三相平衡.3.3 三相电路的功率：三相电路的功率：对称三相电路对称三相电路：对称三相负载对称三相负载Z ，则则 Pp=UpIpcos 1、三相有功功率：三相有功功率：注意：注意：(1)为相电压与相电流的相位差角为相电压与相电流的相位差角(相阻抗角相阻抗角)，不要误以，不要误以为是线电压与线电流的相位差。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为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数：数：cos A=cos B=cos C=cos 。(3)负载吸收的功率，即电源发出的功率。负载吸收的功率，即电源发出的功率。3.3.1 三相功率的计算：三相功率的计算：P=3Pp=3UpIpcos 3、对称三相电路的视在功率：、对称三相电路的视在功率：一般来讲，一般来讲，P、Q、S 都是指三相总和。都是指三相总和。功率因数也可定义为：功率因数也可定义为：cos =P/S (不对称时不对称时 无意义无意义)2、对称三相电路的无功功率：、对称三相电路的无功功率：Q=QA+QB+QC=3Qp1、对称三相电路的对称三相电路的有功功率：有功功率：例例例例 2.22 2.22 设三相对称负载设三相对称负载(),接在接在线电压上线电压上,试求分别为星形（）接法和三角形（试求分别为星形（）接法和三角形（）接）接法时法时,三相电路的总功率。三相电路的总功率。解解解解 每相阻抗每相阻抗形接法时的线电流等于相电流形接法时的线电流等于相电流,即即则三相总功率为则三相总功率为形接法时的线电流形接法时的线电流则三相总功率为则三相总功率为 计算结果表明计算结果表明,在电源电压不变时在电源电压不变时,同一负载由星同一负载由星形改接为三角形联接时形改接为三角形联接时,功率增加到原来的功率增加到原来的 3 3 倍。倍。所所以以,要使负载正常工作要使负载正常工作,负载的接法必须正确。若正常负载的接法必须正确。若正常工作是星形联接的负载工作是星形联接的负载,误接成三角形时误接成三角形时,将因功率过将因功率过大而烧毁大而烧毁;若正常工作是三角形联接的负载若正常工作是三角形联接的负载,误接成星误接成星形时形时,则因功率过小而不能正常工作。则因功率过小而不能正常工作。3.3.2 三相功率的测量三相功率的测量:1.三表法（三相四线制）：三表法（三相四线制）：若负载对称，则需一块表，读数乘以若负载对称，则需一块表，读数乘以 3。*三三相相负负载载WWWABCN*2.二表法（三相三线制）二表法（三相三线制）：这这种种量量测测线线路路的的接接法法是是将将两两个个功功率率表表的的电电流流线线圈圈接接到到任任意意两两相相中中，而而将将其其电电压压线线圈圈的的公公共共点点接接到到另另一一相相没没有功率表的线上。有功率表的线上。若若W1的读数为的读数为P1，W2的读数为的读数为P2，则则 P=P1+P2 即为三相总功率。即为三相总功率。三三相相负负载载W1ABC*W22.二表法（三相三线制）二表法（三相三线制）：证明：证明：(以星形解法为例）以星形解法为例）证证毕！毕！ACB1.只有在只有在 iA+iB+iC=0 这个条件下，才能用二表法这个条件下，才能用二表法(即即Y接，接，接接)。不能用于不对称三相四线制不能用于不对称三相四线制。3.接接正正确确极极性性接接线线时时，二二表表中中可可能能有有一一个个表表的的读读数数为为负负，此此时时功功率率表表指指针针反反转转，将将其其电电流流线线圈圈极极性性反反接接后后，指指针针指向正数，但此时读数应记为负值。指向正数，但此时读数应记为负值。注意：注意：2.两两块块表表读读数数的的代代数数和和为为三三相相总总功功率率，每每块块表表的的单单独独读读数数无意义。无意义。第三章结 束