三相交流电路及分析.ppt

2.5三相交流电路,要求：1.搞清对称三相负载Y和联结时相线电压、相线电流关系。2.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。3.掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,一、三相交流电源,1、三相电动势的产生,在两磁极中间，放一个线圈。,根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由AX。,合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。,图4.1.1三相交流发电机示意图,图4.1.2三相绕组示意图,图4.1.3电枢绕组及其电动势,转子装有磁极并以的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。,三相电动势瞬时表示式,相量表示,:直流励磁的电磁铁,三相电动势的相量关系：,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。,三个正弦交流电动势满足以下特征,2、三相交流电源的连接,1.星形接法,三个独立的发电绕组,三相四线制供电,火线（相线）:,中线（零线）：N,(1)联接方式,三相电源星形接法的两组电压,相电压：火线对零线间的电压。,线电压：火线间的电压。,(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,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,2.三角形接法,特点：线电压=相电压,三个电源串接能否造成短路？直流电源行吗？,A,X,Y,Z,B,C,问题讨论,直流电源串接不行，三相交流电源可以，为什么？,三相交流电源中三个电源可以串接的原因在于：三个电源的电压任何瞬间相加均为零。,二、三相负载及三相电路的计算,负载也有两种接法:,三相负载,不对称三相负载：不满足ZA=ZB=ZC如由单相负载组成的三相负载,1.三相负载,分类,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。,2.负载星形联结的三相电路,线电流：流过端线的电流,相电流：流过每相负载的电流,(1)联结形式,N电源中性点,N负载中性点,(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,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。,例1：,中性线电流,(2)三相负载不对称（RA=5、RB=10、RC=20）分别计算各线电流,中性线电流,例2:,求例1电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。,则节点电压,负载电压,可见：1.不对称三相负载做星形联结且无中性线时,三相负载的相电压不对称。,讨论,照明电路能否采用三相三线制供电方式？,A,C,B,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,设线电压为380V。A相断开后，B、C两相串连，电压UBC（380V）加在B、C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?,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，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。,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。,1.联结形式,4.3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、,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:UP=UL,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,相电流：,线电流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,相量图,负载对称时,相电流对称，即,(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。,三相负载的联接原则,负载的额定电压=电源的线电压,负载的额定电压=电源线电压,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）。,4.4三相功率,无论负载为Y或联结，每相有功功率都应为Pp=UpIpcosp,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=3UpIpcosp,所以,有一三相电动机,每相的等效电阻R=29,等效感抗XL=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UL=380V的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于UL=220V的三相电源上。,例1:,解:,(1),(2),比较(1),(2)的结果:,有的电动机有两种额定电压,如220/380V。当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220V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。,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。,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,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,三相对称负载作三角形联结，UL=220V，当S1、S2均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率P=4.5kW，试求:1)每相负载的电阻和感抗；2)S1合、S2断开时,各电流表读数和有功功率P；3)S1断、S2闭合时,各电流表读数和有功功率P。,例3：,或：P=I2RP=UIcostg=XL/R,解：,(1)由已知条件可求得,2)S1闭合、S2断开时,IA=IC=10AIB=17.32A,流过电流表A、C的电流变为相电流IP，流过电流表B的电流仍为线电流IL。,因为开关s均闭合时每相有功功率P=1.5kW,当S1合、S2断时，ZAB、ZBC的相电压和相电流不变，则PAB、PBC不变。,P=PAB+PBC=3kW,IB=0A,3)S1断开、S2闭合时,变为单相电路,I1仍为相电流IP，I2变为1/2IP。,IA=IC=10A+5A=15A,I2变为1/2IP，所以AB、BC相的功率变为原来的1/4。,P=1/4PAB+1/4PBC+PCA=0.375W+0.375W+1.5W=2.25kW,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=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,解:(1)该照明系统与电网连接图,三相交流电路的小结（1）-三相电源,三相三线制,三相四线制,三相交流电路的小结(2)-三相负载,星形负载,三角形负载,三相交流电路的小结(3)-三相电路计算,三相交流电路的小结(4)-三相功率计算,三相总功率：,