《相正弦电路分析》PPT课件.ppt

华中科技大学文华学院机电学部 电工技术 学习要点 第 5章 三相正弦电路分析 掌握三相电路中电源及负载的联接方法 掌握相电压与线电压、相电流与线电流在对称三 相电路中的相互关系 掌握对称三相电路电压、电流和功率计算 掌握不对称三相四线制电路中中线的作用 了解安全用电的常识和重要性 5.1 三相正弦交流电源 5.2 三相电路中负载的联接 5.3 三相功率 第 5章 三相正弦电路分析 5.1 三相正弦交流电源 5.1.1 三相交流电的产生 三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交 流发电机中有 3个相同的绕组。 3个绕阻的首端 分别用 A、 B、 C表示，末端分别用 X、 Y、 Z表 示。 由 3个 频率相同 、 振幅相同 、 相位互差 120 的正弦 电压源所构成的电源称为 三相电源 。由三相电源供 电的电路称为 三相电路 。 图 5.1.1 三相交流发电机示意图 (尾端 ) + eA eB eC X A B Y C Z (首端 ) + + + + _ _ e e A X 图 5.1.2 三相绕组 图 5.1.3电枢绕组及其电动势 定子 转子 Z A X Y N S C - + B 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 工作原理：动磁生电 转子装有磁极并以 的角速度旋转。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 tEe s i nmA )1 2 0s i n (mB tEe )1 2 0s i n (mC tEe EEE 0A )2 3j21(120B EEE )2 3j21(120C EEE )1 2 0s i n (2 )1 2 0s i n (2 s i n2 tUu tUu tUu p p p C B A 12 0 12 0 0 C B A p p p UU UU UU 三相电压分别为： 这个 3绕组分别称为 A相、 B相、 C相。 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。 0CBA eee即： 0 CBA EEE 或 最大值相等 频率相同 相位互差 120 称为对称三相电动势 供电系统三相交流电的相序为 A B C 三个正弦交流电动势满足以下特征 t u u A u B u C O 120 120 120 A U C U B U (a) 波形图 (b) 相量图 1、 星形连接 ： 3个末端连接在一起引出中线，由 3 个首端引出 3条火线。 5.1.2 三相电源的联接 (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。 CU+ + BU + AU X Y Z N B C A eA + eC + eB + ABU + + BCU + CAU 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，即 火线间电压。 CBA UUU 、 CABCAB UUU 、 、 Up 、 Ul （ 2）、相电压与线电压 由相量图可得： pl UU 3 ACCA CBBC BAAB UUU UUU UUU C U 30 30 30 A U B U AB U CA U BC U B U A U C U V15 03303 V903303 V303303 CCA BBC AAB p p p UUU UUU UUU 12 0 12 0 0 C B A p p p UU UU UU 相电压与线电压的关系 30 BU ABU AU CU BU 且超线电压形联结时结论：电源 ,3,Y PUU l 。三相线电压也是对称的前相应的相电压 ,30 注：此种接法如一相接反，将造成严重后果。 pl UU 三角形连接 ：将三相绕组的首、末端依次相连， 从 3个点引出 3条火线。 2. 三相电源的三角形联结 + + + B A C ABU CAU BCU BCU p 相电压线电压 时结结论：电源 形联 UU l 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 对称三相负载： ZA=ZB= ZC 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 5.2 三相电路中负载的联接 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 5.2.1 负载星形联结的三相电 路 NI 线电流： 流过端线的电流 CBA III 、 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。 aI Y: 三相三线制 Y0：三相四线制 (1) 联结形式 + Zb Zc Za N N AU BU CU + + AI BI CI 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 PL 3 UU PL II Y 联结时： CBAN IIII 4)中线电流 c b a Z U I Z U I Z U I C C B B A A 负载 Y 联结带中性线时 , 可将各相分别看作单相电路计算 AI BI CI NI aI + Zb Zc Za N N AU BU CU + + (3) 对称负载 Y 联结三相电路的计算 0CBAN IIII 中线电流 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。 AI BI CI NI + Zb Zc Za N N AU BU CU + + 如果三相负载是对称的，即 zcba ZZZZZ | 0 CBAN IIII )( ZZZZ cba 负载对称时 问题及讨论 零线是否可以 取消？ 答：三相完全对称时， 中性线无电流 ,零线可以取 消。成为 三相三线制 。 ce A C B Z Z Z Ce Be Ae 返回 P3L UU 负载对称无中性线时 2.负载不对称时，各相需单独计算。 1 2 0 1 2 0 0 CC BB AA UU UU UU 如： 三相四线制供电 设电源相电压 为参考正弦量，则 AU Ai N A B C c Z b Z a Z Au Bu Cu N Bi Ci Ni 返回 每相负载电流可分别求出 式中： 每相负载中电流的有效值分别为 cba Z UI Z UI Z UI C C B B A A , 返回 )120( 120 )120( 120 0 o C o CC C o B o BA B A o AA A c ccc b bbb a aaa I Z U Z U I I Z U Z U I I Z U Z U I 各相负载的电压与电流之间的相位差分别为 c c c b b b a a a R X R X R X a r c t a n,a r c t a n,a r c t a n 中线电流 CBAN IIII N B C R L A 例 5.2 电路如图， 电源电压 380/220 V， 接有对称 星形联接的 白炽灯负载，总功率 为 180W. C I I I 、 、 B A N I 试求 ： 及 . 的日光灯一支 。 5.0c o s C相还接 有额定电压为 220V， 功率为 40W, A. P P 2730220 60 U PI 解 : 设 Vo A 02 2 0 U W601 8 0311 P 每相白炽灯的功率 返回 A1 2 02 7 3.0 A1 2 02 7 3.0 A02 7 3.0 o 1 o B o A CI I I A. . o oo 2C1CC 3855 5 30 603 6 401 2 02 7 30 III A. oCCBAN 6036402 IIIII A.c o s P 364050220 4022 U PI C A. o603 6 402 CI o60,5.0c o s 例 5.3： N + + + BI CI AI NI AU BU CU N RA RB R C A C B 若 RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电 若 RA=5 , RB=10 , RC=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 V)303 1 4s i n (23 8 0 AB tu 电灯组， 流 IN ; 中性线电流 IN 。 中性线电流 0CBAN IIII 解： 已知： V303 8 0AB U N + + + BI CI AI NI AU BU CU N RA RB R C A C B V0220A U A044A 5 0220 A A A R UI (1) 线电流 三相对称 A12044B I A12044C I (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 A12011A 20 120220 C C C R UI A12022A 10 120220 B B B R UI A1929 A12011A12022A044CBAN IIII A044A 5 0220 A A A R UI 三相三线制供电时各相电流的计算 A N N AI BI CI AE BE CE C B 求：各相电流 已知 ： 24 022 0 12 022 0 022 0 C B A E E E 每盏灯的额定值为 : 220V、 100W 用节点电位法 CI A N N AI BI AE BE CE C B R CE R A AE BE R R N N B C AI BI CI RRR RRR U 211 2 1202201202200220 NN 每盏灯为 220V、 100W 4 8 4 2 P UR CE R AE BE R R R N N A B C AI BI CI 、 CIAI BI 、 V NN 1 2 055U 可求得： 应用实例 -照明电路 A C B . 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： V2 2 03 8 0 P l UU 则每盏灯上都可得到 额定的工作电压 220V。 返回 讨论 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 不加零线 会不会出 现问题 ? 返回 设线电压为 380V。 A相断开后， B、 C 两相串 联，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 ? A C B . 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。 A C B R2 R3 V U 763 8 0 5 1 3R V U 304380542R 分析 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，使星形联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 不允许接熔断器、也不允许接开关。 pl UU 特点 ： 线电压 =相电压 Ai ABi CAi BCi CAu ABu BCu A C B Bi Ci 5.2.2 负载三角形联接 各电流的计算 Ai CAu Bi ABi CAi BCi Ci ABu BCu A C B ZAB ZBC ZCA CA CA CA BC BC BC AB AB AB Z U I Z U I Z U I 相电流 BCCAC ABBCB CAABA III III III 线电 流 返回 （ 2） 负载对称时 （ ZAB=ZBC=ZCA=Z ）， 各相电流 有效值相等，相位互差 120 。有效值为： Z U IIII pPCABCAB Bi ABi CAi BCiCi Ai CAu ABu BCu A C B ZAB ZBC ZCA （ 1） 负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。 CAABA III 303 ABA II 303 303 CAC BCB II II 同理 ： 0lAB UU 设：负载为阻性的，阻抗角为 0 。 负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系 ABU CAU BCU BI CI ABI CAI BCI CAI AI A B C ABI CAI AI 返回 负载对称时三角形接法的特点 Ai Bi ABi CAi BCi Ci CAu ABu BCu A C B pl UU 303 pl II 注意电路 中规定的 正方向 A I BC I AB I CA I 30 30 30 B I C I BC I AB I CA I CBA PPPP 三相总有功功率 ： 负载对称时 ： c o spp IUP 3 由负载 性质决定 plpl IIUU 3 星形接法时 ： plpl IIUU 3 三角形接法时 ： c o sll IUP 3 5.3三相功率 ll ll ll IUS IUQ IUP 3 3 3 s i n c o s 有功功率 ： 无功功率 ： 视在功率： 在三相负载对称的条件下： 返回 例题 5.4 o373.36Z 一组三角形联接 10YR另一组星形联接 。 线电压 Ul为 380V的三相电源上接有 两组对称三相负载 : B C A Z R Y AI ABI AYI AI 试求 : (1) 各组负载的相电流 ; (3) 三相有功功率 。 (2) 电路线电流 ； 返回 VoAB 03 8 0 U VoA 302 2 0 U 解： 设线电压 则 （ 1） 由于三相负载对称，计算一相即可 A. . o o o AB AB 37471037336 0380 Z UI 三角形联接的负载相电流 Ao o Y A AY 302210 30220 R U I 星形联接的负载相电流 返回 A7.4638 30226713.18 o oo AYAA III A6713.183037347.10 oooA I （ 2） 先求三角形联接的负载线电流 A13.18A22A I 线电流也是对称的 返回 kW . c o s AYA Y 24 2238038013183803 33 IUIU PPP ll （ 3）三相电路有功功率为 ABU AU AI AI AYI 300 46.70 670 一相电压 与电流的 相量图 返回 例 2 ： 对称三相三线制的线电压 V 31 0 0lU ， 每相负载阻抗为 6010Z ，求负载为星形及三 角形两种情况下的电流和三相功率。 解： （ 1 ）负载星形连接时，相电压的有效值为： V 1 0 0 3 l p U U 设 01 0 0 A U V 。线电流等于相电流，为： A 6010 6010 120100 A 18010 6010 120100 A 6010 6010 0100 C C B B A A Z U I Z U I Z U I 三相总功率为： W150060c os1031003c os3 zll IUP （ 2 ）当负载为三角形连接时，相电压等于线电压， 设 V 03100 AB U 。相电流为： A 60310 6010 1203100 A 180310 6010 1203100 A 60310 6010 03100 CA CA BC BC AB AB Z U I Z U I Z U I 线电流为： 3030303 1503021030303 9030303 CAC BCB ABA II II II 三相总功率为： W450060c os3031003c os3 zll IUP 由此可知，负载由星形连接改为三角形连接后，相电流增加到原 来的 3 倍，线电流增加到原来的 3 倍，功率增加也到原来的 3 倍。