电工学第三章三相交流电.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,3,章,三相电路,1,三相交流发电机示意图,3.1,三相电路,4.1.1,.,三相电压,1.,工作原理：动磁生电,(,尾端,),+,e,A,e,B,e,C,X,A,B,Y,C,Z,(,首端,),+,+,+,+,_,_,e,e,A,X,三相绕组示意图,电枢绕组及其电动势,定子,转子,Z,A,X,Y,N,S,C,-,+,B,2,三相电动势瞬时表示式,相量表示,铁心,（作为导磁路经）,三相绕组,匝数相同,空间排列互差,120,:,直流励磁的电磁铁,定子,转子,发电机结构,3,对称三相电动势的瞬时值之和为,0,三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。,最大值相等,频率相同,相位互差,120,称为对称三相电动势,三个正弦交流电动势满足以下特征,供电系统三相交流电的相序为,A,B,C,4,2.,三相电源的星形联结,(1),联接方式,中性线,(,零线、地线,),中性点,端线,(,相线、火线,),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压,：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压,：端线与端线间的电压,、,U,p,+,+,+,、,U,l,X,Y,Z,N,B,C,A,e,A,+,e,C,+,e,B,+,5,(2),线电压与相电压的关系,根据,KVL,定律,由相量图可得,相量图,30,A,X,Y,Z,N,B,C,e,A,+,e,C,+,e,B,+,+,+,+,6,同理,7,3.1.2,三相电路中负载的联结方法,三相负载,不对称三相负载：,不满足,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,如由单相负载组成的三相负载,对称三相负载：,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,如,三相电动机,1.,三相负载,分类,单相负载：,只需一相电源供电,照明负载、家用电器,负载,三相负载：,需三相电源同时供电,三相电动机等,三相负载的联接,三相负载也有,Y,和,两种接法，至于采用哪种方法，,要根据负载的额定电压和电源电压确定。,8,三相负载连接原则,（,1,）电源提供的电压,=,负载的额定电压；（,2,）单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,A,B,电源,C,保险丝,三相四线制,380/220,伏,N,额定相电压为,220,伏的单相负载,额定线电压为,380,伏的三相负载,9,2.,负载星形联结,线电流：,流过端线的电流,相电流：,流过每相负载的电流,结论：,负载,Y,联结时，线电流等于相电流。,Y:,三相三线制,Y,0,：,三相四线制,(1),联结形式,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,N,电源中性点,N,负载中性点,10,(2),负载,Y,联结三相电路的计算,1),负载端的线电压电源线电压,2),负载的相电压电源相电压,3),线电流相电流,Y,联结时：,4),中线电流,负载,Y,联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,11,负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,(3),对称负载,Y,联结三相电路的计算,所以负载对称时，,三相电流也对称。,负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,12,例,1,：,N,+,+,+,N,R,A,R,B,R,C,A,C,B,若,R,A,=,R,B,=,R,C,=5,，,求线电流及中性线电,若,R,A,=5,R,B,=10,R,C,=20,求线电流及,一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压,。,负载为,电灯组，,流,I,N,中性线电流,I,N,。,13,中性线电流,解：,已知：,(1),线电流,三相对称,N,+,+,+,N,R,A,R,B,R,C,A,C,B,14,(2),三相负载不对称,（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,）,分别计算,各线电流,中性线电流,15,例,2,：照明系统故障分析,解,:,(,1,),A相短路,1),中性线未断,N,R,A,R,C,R,B,A,B,N,C,此时,A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而,B,相和,C,相,未受影响，其相电压,仍为,220V,正常工作。,在上例中，试分析下列情况,(1)A,相短路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,(2)A,相断路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,16,此情况下，,B,相和,C,相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（,220V),，,这是不允许的。,2)A相短路,中性线断开,时,此时负载中性点,N,即为,A,因此负载各相电压为,A,B,N,C,N,i,A,i,C,i,B,+,+,+,17,(2)A,相断路,2),中性线断开,B,、,C,相灯仍承受,220V,电压,正常工作。,1),中性线未断,变为单相电路，,如图,(b),所示,由图可求得,I,B,C,U,A,U,B,+,+,(b),N,R,A,R,C,R,B,A,B,N,Ca),18,结论,（,1,）,不对称负载,Y,联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。,（,2,）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。,（,3,）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,19,1,）联结形式,3,负载三角形联结的三相电路,线电流,:,流过端线的电流,相电流,:,流过每相负载的电流,、,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,B,+,+,+,20,线电流不等于相电流,(2),相电流,(1),负载相电压,=,电源线电压,即,:,U,P,=,U,L,一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即,2,）分析计算,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,B,+,+,+,相电流：,线电流：,U,AB,=,U,BC,=,U,CA,=,U,l,=,U,P,21,相量图,BC,AB,CA,BC,AB,CA,30,负载对称时,相电流对称,，即,B,C,(3),线电流,由相量图可求得,为此线电流也对称，即 。,线电流比相应的相电流,滞后,30,。,22,三相负载的联接原则,!,负载的额定电压,=,电源的线电压,应作,联结,负载的额定电压,=,电源线电压,应作,Y,联结,应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。,三相电动机绕组可以联结成星形也可以联结成三,角形，,而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。,23,4.1.3,三相功率,无论负载为,Y,或,联结，每相有功功率都应为,P,p,=,U,p,I,p,cos,p,对称负载,联结时：,同理,对称负载,Y,联结时：,相电压与相,电流的相位差,当负载对称时,：,P=,3,U,p,I,p,cos,p,所以,24,正误判断,对称负载,Y,联结,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,25,对称负载,Y,联结,正误判断,26,有一三相电动机,每相的等效电阻,R,=29,等效,感抗,X,L,=21.8,试求下列两种情况下电动机的相电流、,线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果1),绕组联成星形接于,U,L,=380 V,的三相电源上,;,(2),绕组联成三角形接于,U,L,=220 V,的三相电源上。,例1:,解,:,(1),27,(2),比较,(1),(2),的结果,:,有的电动机有两种额定电压,如,220/380 V,。,当电源电压为,380 V,时,电动机的绕组应联结成星形；,当电源电压为,220 V,时,电动机的绕组应联结成三角形,。,在三角形和星形两种联结法中,相电压、相电流,以及功率都未改变,，仅,三角形联结情况下的线电流,比星形联结情况下的线电流增大 倍,。,28,例2:,各电阻负载的相电流,由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。,A,B,C,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,如图所示。试求：,各组负载的相电流；,(2),电路线电流；,(3),三相有功功率。,设,解：,29,负载星形联接时，其线电流为,负载三角形联解时，其相电流为,(2),电路线电流,一相电压与电流的相量图如图所示,30,一相电压与电流的相量图如图所示,(3),三相电路的有功功率,-30,o,-67,o,-46.7,o,31,三相对称负载作三角形联结，,U,L,=220V,，当,S,1,、,S,2,均闭合时，各电流表读数均为,17.3A,，,三相功率,P,=4.5 kW,，,试求,:,1),每相负载的电阻和感抗；,2)S,1,合、,S,2,断开时,各电流表读数和有功功率,P,；,3)S,1,断、,S,2,闭合时,各电流表读数和有功功率,P,。,例,3,：,Z,CA,A,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,32,或：,P,=,I,2,R,P,=,UI,cos,tg,=X,L,/R,解：,(1),由已知条件可求得,Z,CA,A,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,33,2)S,1,闭合、,S,2,断开时,I,A,=,I,C,=10A,I,B,=17.32 A,流过电流表,A,、,C,的电流变为相电流,I,P,，,流过电流表,B,的电流仍为线电流,I,L,。,因为开关,s,均闭合时,每相有功功率,P,=1.5 kW,当,S,1,合、,S,2,断时，,Z,AB,、,Z,BC,的相电压和相电流不,变，则,P,AB,、,P,BC,不变。,P,=,P,AB,+P,BC,=,3,kW,S,1,A,A,A,S,2,Z,AB,Z,CA,Z,BC,C,A,B,34,I,B,=0A,3)S,1,断开、,S,2,闭合时,变为单相电路,Z,A,B,Z,BC,Z,CA,A,C,I,1,I,2,I,1,仍为相电流,I,P,，,I,2,变为,1/2,I,P,。,I,A,=,I,C10 A+5 A=15A,I,2,变为,1/2,I,P,，,所以,AB,、,BC,相的功率变为原来的,1/4,。,P,=1/4,P,AB,+,1/4,P,BC,+P,CA,=,0.375 W+0.375 W+1.5 W =2.25,kW,A,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,B,C,35,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装,40,瓦 日光灯,210,盏,(cos,1,=,0.5,),，,60,瓦白炽灯,90,盏,(c,os,2,=1),它们的额定电压都是,220V,，,由,380V,/,220V,的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？,例,4,：,解,:,(1),该照明系统与电网连接图,N,A,B,C,30,盏,+,70,盏,36,解,:,(1),该照明系统与电网连接图,N,A,B,C,30,盏,+,70,盏,V,(2),计算线电流,U,.,设,=220 0,37,例,5,：,某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因,？,解,:,(,1),本系统供电线路图,P,三,层,二层,A,B,C,N,+,一层,38,(2),当,P,处断开时，二、三层楼的灯串联接,380V,电压，所以,亮度变暗，但一层楼的灯仍承受,220V,电压亮度不变。,(3),因为,三楼灯多于二楼灯即,R,3,R,2,所以三楼灯比二楼灯暗。,解：,(1),本系统供电线路图,A,P,B,C,N,三层,二层,一层,+,39,如：半波整流电路的输出信号,1.,特点,:,按周期规律变化，但不是正弦量。,2.,非正弦周期交流信号的产生,1),电路中有非线性元件；,2),电源本身是非正弦；,3),电路中有不同频率的电源共同作用。,+,-,+,-,4.2,非正弦周期交流信号,O,O,40,示波器内的水平扫描电压,周期性锯齿波,计算机内的脉冲信号,O,O,T,t,O,41,晶体管交流放大电路,交直流共存电路,u,0,t,+,U,cc,+,-,+,-,u,0,+,-,t,u,i,t,42,3.,非正弦周期交流电路的分析方法,e,t,E,0,e,1,问题,1,i,R,e,E,0,e,1,+,+,+,-,-,-,此时电路中的电流也是非正弦周期量。,即：,不同频率信号可叠加成周期性的非正弦量。,43,问题,2,：,既然不同频率的正弦量和直流分量可以叠加成一个周期性的非正弦量，,那么反过来一个非正弦的周期量是否也可分解为正弦分量和直流分量呢？,数学上已有了肯定的答案，一切满足狄里赫利条件的周期函数都可以分解为傅里叶级数。这样就可将非正弦周期量分解为若干个正弦交流电路来求解。,例,:,电路如图，,u,是一周期性的非正弦量，,求,i,谐波分析法,i,R,u,+,-,44,4.,非正弦周期量,的分解,基波（或,一次谐波）,二次谐波,（,2,倍频）,直流分量,高次谐波,+,.,1),周期函数 的傅里叶级数,数学工具：傅里叶级数,条件：,在一周期内有有限个极大、极小值，,有限个第一间断点。,45,2),矩形波、三角波、锯齿波、全波整流电压的傅里叶级数展开式,矩形波电压,三角波电压,u,O,O,46,锯齿波电压,全波整流电压,O,O,47,周期性方波的分解,例,直流分量,基波,五次谐波,三波谐波,七次谐波,t,u,t,u,O,t,u,O,t,u,O,t,u,O,48,基波,直流分量,直流分量,+,基波,三次谐波直流分量,+,基波,+,三次谐波,+,五次谐波,u,t,u,t,五次谐波,49,从上例中可以看出，各次谐波的幅值是不等的，频率愈高，则幅值愈小。说明傅里叶级数具有收敛性；其中,恒定分量,（如果有的话）、,基波及接近基波的高次谐波是非正弦周期量的主要组成部分,。,上图中，我们,只取到五次谐波，,若谐波的项数取得愈多，则合成的曲线愈接近原来的波形。,50,5.,非正弦周期量的有效值,若,则有效值,:,利用三角函数的正交性得,教材,88,页,(2.9.6),式,51,式中：,同理，,非正弦周期电压的有效值为：,结论：周期函数的有效值为直流分量及各次谐波分量有效值平方和的方根。,52,例,1:,求图示波形的有效值和平均值,有效值为,平均值为,:,解,：,t,i,(A),10,O,图示是一半波整流电压的波形，求其有效值和平均值。,O,练习题：,(,参考教材,P88,页例,2.9.1,）,53,分析计算非正弦周期交流电路应注意的问题,1.,最后结果只能是瞬时值叠加。,不同频率正弦量不能用相量相加。,2.,不同频率对应的,X,C,、,X,L,不同。,54,本节课应重点掌握的内容,1.,了解提高功率因数的意义和方法,；,2.,搞清对称三相负载,Y,和,联结时相线电压、相线,电流关系,;,3.,掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正,确联接方法，理解中线的作用,;,4.,掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,结 束,5.,了解非正弦周期电流电路的计算方法。,55,课后,作业：,56,