三相交流电综述课件

三相交流电路三相交流电路概述：概述：概述：概述：目前电力工程上普遍采用目前电力工程上普遍采用三相制供电三相制供电三相制供电三相制供电。由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为50HZ)彼此之间相位互差彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的供的正弦电压所组成的供电系统。电系统。前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因而称而称单相交流电路单相交流电路单相交流电路单相交流电路。另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，因而杂交流电路，因而前面讨论的交流电路的一般规律和前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法，在此仍然适用。计算方法，在此仍然适用。三相制供电比单相制供电优越三相制供电比单相制供电优越三相制供电比单相制供电优越三相制供电比单相制供电优越 在发电方面：在发电方面：在发电方面：在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。单相交流发电机容量大。在输电方面：在输电方面：在输电方面：在输电方面：如果以如果以相同相同电压将电压将相同相同大小大小的功率输送到的功率输送到相同相同距离，三相输电线比单相输电距离，三相输电线比单相输电线节省材料。线节省材料。在用电设备方面：在用电设备方面：在用电设备方面：在用电设备方面：三相交流电动机比单相电三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好等等。动机结构简单、体积小、运行特性好等等。因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。1.1.三相交流发电机三相交流发电机三相交流发电机三相交流发电机主要组成部分：主要组成部分：主要组成部分：主要组成部分：电枢电枢电枢电枢（是固定的，亦称（是固定的，亦称定子定子定子定子）：定子铁心内圆周表面）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。有槽，放入三相电枢绕组。磁极磁极磁极磁极三相绕组三相绕组n单相绕组单相绕组（是转动的，亦称（是转动的，亦称转子转子转子转子）三相绕组的三相电动势三相绕组的三相电动势幅值相等幅值相等,频率相同频率相同,彼彼此之间相位相差此之间相位相差120。+SN铁心绕组AX任务任务1 1 三相电源与三相负载三相电源与三相负载+SN+SN+SN+SN+SN+SN+SN三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生t0三相对称电动势的产生eAeBeCXAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+XAYCBZSN+U相相V相相W相相+-A AX Xu uA A+-B BY Yu uB B+-C CZ Zu uC CXAYCBZSN+由于电机结构的原因由于电机结构的原因由于电机结构的原因由于电机结构的原因,这三相绕组所发出的三相电这三相绕组所发出的三相电这三相绕组所发出的三相电这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等动势幅值相等动势幅值相等动势幅值相等,频率相同频率相同频率相同频率相同,彼此之间相位相差彼此之间相位相差彼此之间相位相差彼此之间相位相差120120。可将其表示为：可将其表示为：可将其表示为：可将其表示为：2.2.相量形式相量形式相量形式相量形式3.对称正弦量对称正弦量 幅值相等幅值相等,频率相同频率相同,相位互相差相位互相差120的的正弦量。正弦量。对称正弦量对称正弦量特点特点为为：120UAUCUB120120三相电压相量图三相电压相量图4.正弦量的相序正弦量的相序三相交流电三相交流电在相位上的在相位上的先后次序称先后次序称为为相序相序相序相序。上述的三相电源的相序为上述的三相电源的相序为ABC。在电力在电力系统中一般用系统中一般用黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红黄、绿、红 区别区别A、B、C 三相。三相。UmUm t02 uAuCuB顺序：相序为ABC。逆序：相序为A C B。三相发电机中各绕组三相发电机中各绕组电动势到达幅值（或电动势到达幅值（或零值）的先后次序。零值）的先后次序。三相电源的联接三相电源的联接1.星形联接星形联接N中点中点或零点或零点N 把发电机三相绕组的末端把发电机三相绕组的末端 接成接成一点。而把始端一点。而把始端 作为与外电路相联接的端点。作为与外电路相联接的端点。这种联接方式称为电源的这种联接方式称为电源的星形联结星形联结。火线火线中线或零线中线或零线火线火线火线火线线电线电压压相电相电压压目前，我国供电系统目前，我国供电系统线电压线电压 380V，相电压相电压220V。三相四线制三相四线制N中点中点或零点或零点N火线火线中线或零线中线或零线火线火线火线火线线电线电压压相电相电压压根据根据KVL：各线电压与相电压之间的关系为各线电压与相电压之间的关系为:三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系三相电源各电压间的相量关系UAUCUB30o30o30o 线电压的有效值用线电压的有效值用 表示表示,相电压的有效值用相电压的有效值用Up表示。表示。由相量图可知它们的关系为由相量图可知它们的关系为:2.2.形联结形联结形联结形联结 发电机三相绕组发电机三相绕组依次首尾相联，引依次首尾相联，引出三条线，称为三出三条线，称为三角形联结。角形联结。如果三相电源电动势对称，则三相电压的相量和为零，即：如果将某一相绕组接反，三角形回路中的总电压为：对称交流电路中的用电设备，大体可分为两类：交流电路中的用电设备，大体可分为两类：一一类类是是需需要要接接在在三三相相电电源源上上才才能能正正常常工工作作的的叫叫做做三三相相负负载载,如如果果每每相相负负载载的的阻阻抗抗值值和和阻阻抗抗角完全相等，则为对称负载，如角完全相等，则为对称负载，如三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机。另另一一类类是是只只需需接接单单相相电电源源的的负负载载，它它们们可可以以按按照照需需要要接接在在三三相相电电源源的的任任意意一一相相相相电电压压或或线线电电压压上上。对对于于电电源源来来说说它它们们也也组组成成三三相相负负载载，但但各各相相的的复复阻阻抗抗一一般般不不相相等等，所所以以不不是是三三相相对对称负载。如称负载。如照明灯。照明灯。照明灯。照明灯。三相负载的联接三相负载的联接1.Y 形联结形联结iBiCiNiAN 负载中电流负载中电流:(略线路阻抗略线路阻抗)中性线中的电流为中性线中的电流为:若负载对称，即若负载对称，即UAUCUBICIAIB 对称负载相量图对称负载相量图对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。对称负载可以去掉中线。三相交流三相交流电动机电动机N 如果三相负载对称如果三相负载对称,中线中无电流中线中无电流,故可将中线故可将中线除去除去,而成为三相三线制系统。而成为三相三线制系统。但是如果三相负载不对称但是如果三相负载不对称,中线上就会有电流中线上就会有电流IN通过通过,此时中线是不能被除去的此时中线是不能被除去的,否则会造成负载上否则会造成负载上三相电压严重不对称三相电压严重不对称,使用电设备不能正常工作。使用电设备不能正常工作。三相电动势和负载对称，各相电压和电流也都对称。只要某一相电压、电流求得，其他两相就可以根据对称关系直接写出；各相电流仅由各相电压和各相阻抗决定。各相计算具有独立性。三相对称电路计算可归结为一相来计算。【例1】星形联接的三相负载，每相电阻R=6，感抗 XL=8。电源电压对称，设 ，试求电流。解:因为负载对称，计算一相即可，现以U相为例。在具有电阻、电感和在具有电阻、电感和电容电容的电路里，对的电路里，对交流电交流电所起的阻碍所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用作用叫做阻抗。阻抗常用Z Z表示，是一个复数，实部称为表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为阻碍作用称为容抗容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为用称为感抗感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。用总称为电抗。阻抗的单位是欧。阻抗的单位是欧。负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后统称统称“阻抗阻抗”，写成数学公式即是：阻抗，写成数学公式即是：阻抗Z=Z=R+jR+j(X(XL L X XC C)。其中其中R R为电阻，为电阻，X XL L为感抗，为感抗，X XC C为容抗。如果为容抗。如果(X(XL LX XC C)0)0，称为，称为“感性负载感性负载”；反之，如果；反之，如果(X(XL L X XC C)0)0称为称为“容性负载容性负载”。【例例 2】在如图（在如图（a）所示的三相四线制电路中所示的三相四线制电路中,外加外加电压电压UL=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:相电压选选选选为参考相量为参考相量,则则:(a)ANCN BUCIAUBR1 4 jXLj3 R3 6 j XCj 8ICIBR2 5IN电路图UA中线电流为中线电流为中线电流为中线电流为中线的作用中线的作用:中线在三相电路中的作用是既能为用户中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种提供两种不同的电压不同的电压,同时又为星形联接的不对称负载提供对同时又为星形联接的不对称负载提供对称的称的 220 V相电压。相电压。因此因此,为了保证负载的相电压对称为了保证负载的相电压对称,在中线的干线在中线的干线上是上是不准接入熔断器和开关不准接入熔断器和开关不准接入熔断器和开关不准接入熔断器和开关的的,而且要用具有足够机而且要用具有足够机械强度的导线作中线。械强度的导线作中线。ICIBINIAUBIBICUCUA36.997.153.1(b)相量图负载的三角形联接负载的三角形联接（形）形）形）形）若忽略端线阻抗（若忽略端线阻抗（ZL=0）,则电路具有以下关系。则电路具有以下关系。iCABCiBiAiCAiBCiAB+uAB+uBC+uCA(2)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系线、相电压对应相等线、相电压对应相等(1)负载线、相电压之间的关系负载线、相电压之间的关系各相负载相电流分别为各相负载相电流分别为各相负载的电压与电流相位差分别为各相负载的电压与电流相位差分别为(2)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系 根据根据KCL，负载线、相电流负载线、相电流之间的关系为之间的关系为若负载对称，即若负载对称，即和和 则负载相电流也是对称的，即则负载相电流也是对称的，即IAIBICICAIABIBC 显然三个线电流也对称，若有显然三个线电流也对称，若有效值用效值用Il表示，则有表示，则有IA=IB=IC=Il，且且 ；相位上，线电流相位上，线电流滞滞后后相应的相电流相应的相电流30o。UABUCAUBCiCABCiBiCAiBCiAB+uAB+uBC+uCA (3)各线电流由各线电流由两相邻相电流决两相邻相电流决定定。在对称条件。在对称条件下下,线电流是相电线电流是相电流的流的 倍倍,即即 ,且滞后于相应的且滞后于相应的相电流相电流30。由上述可知由上述可知,在负载为三角形联接时在负载为三角形联接时,相电压对称。相电压对称。若某一相负载断开若某一相负载断开,并不影响其他两相的工作。并不影响其他两相的工作。相量图相量图【例例 3】如图如图 所示的三相三线制电路中所示的三相三线制电路中,各相负载各相负载的复阻抗的复阻抗Z=(6+j8),外加线电压外加线电压380V,试求正常工作试求正常工作时负载的相电流和线电流。时负载的相电流和线电流。iBiCiA式中式中,每相阻抗每相阻抗为：为：则则线电流线电流为：为：解：解：由于是由于是对称电路对称电路对称电路对称电路,所以所以 每相相电流为：每相相电流为：不对称三相电路计算不对称三相电路计算不不对对称称三三相相电电路路：三三相相电电源源不不对对称称或或各各相相负负载载阻阻抗抗不不相相等等时时，电电路路中中的的各各相电流是不对称的。相电流是不对称的。三相电源的不对称程度很小，可近似地当作对称来处理。三相电源的不对称程度很小，可近似地当作对称来处理。【例例 5】电电路路如如图图，若若不不对对称称形形负负载载接接于于对对称称三三相相电电源源上上，电电源源相相电电压压为为220V，U相相接接一一只只220V、100W灯灯泡泡，V相相、W相相各各接接入入一一只只220、200W灯泡，中线阻抗不计，求各相电流和中线电流。灯泡，中线阻抗不计，求各相电流和中线电流。解解 中线阻抗不计，中线阻抗不计，各相各相电压对称，三相可以分别计算。电压对称，三相可以分别计算。三相负载的联接原则三相负载的联接原则 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而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。与电源的联接方式无关。与电源的联接方式无关。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角形，而照明负载一般都联结成星形(具有中性线具有中性线)。N+L1L2L3Z31Z12Z23负载的额定电压负载的额定电压=电源的线电压电源的线电压应作应作 联结联结N+N R1R2R3L1L2L3应作应作 Y 联结联结负载的额定电压负载的额定电压=电源的相电压电源的相电压ABCN电灯等单相负载为电灯等单相负载为三相四线三相四线制制电动机负载为电动机负载为三相三线三相三线制制两者皆为两者皆为星形联接星形联接电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式.三相负载采用何种联接方式由三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线线电压时采用电压时采用三角形三角形联接；联接；当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相相电压时采用电压时采用星形星形联接。联接。注意注意三三相相四四线线制制三角三角形联形联接接星形联接星形联接NABCZ3Z2Z1M3 负载对称时：负载对称时：三相电路的功率三相电路的功率三相总有功功率：三相总有功功率：由负载由负载性质决定性质决定星形接法时：星形接法时：三角形接法时：三角形接法时：三相电路的功率三相电路的功率有功功率：有功功率：无功功率：无功功率：视在功率：视在功率：在三相负载对称的条件下：在三相负载对称的条件下：灯组，若灯组，若R1=5 ,R2=10 ,R3=20 。一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压电压 。负载为电负载为电N+N R1R2R3L1L2L3照明系统故障分析照明系统故障分析解解:(1 1)A A相短路相短路相短路相短路1)中性线未断中性线未断 此时此时此时此时 L1 相短路电流相短路电流相短路电流相短路电流很大很大很大很大,将将将将L1相熔断丝熔相熔断丝熔相熔断丝熔相熔断丝熔断断断断,试分析下列情况试分析下列情况试分析下列情况试分析下列情况 (1)(1)L1相短路相短路相短路相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。(2)(2)L1相断路相断路相断路相断路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。R1R3R2L1L2NL3N 而而而而 L2 相和相和相和相和 L3 相相相相未受影响，其相电压未受影响，其相电压未受影响，其相电压未受影响，其相电压仍为仍为仍为仍为220V,220V,正常工作。正常工作。正常工作。正常工作。102010 L L1 1L L2 2N NL L3 3N Ni i1 1i i3i i2 2+此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，L2相和相和相和相和L3相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压(220V)(220V)，这是不允许的。这是不允许的。这是不允许的。这是不允许的。2)2)L1相短路相短路相短路相短路,中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开时时时时,此时负载中性点此时负载中性点N N 即为即为即为即为L1,因此负载各因此负载各因此负载各因此负载各相电压为相电压为相电压为相电压为 (2)(2)L1相断路相断路相断路相断路 2)2)中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开 L2、L3相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压,正常工作。正常工作。1)1)中性线未断中性线未断中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，如图如图如图如图(b)(b)所示所示所示所示,由图可求得由图可求得由图可求得由图可求得iL2L3u u 2 2u u 3 3+(b)(b)R1R3R2L1L2NL3N L1相灯不亮。相灯不亮。102010三相交流电路的小结（三相交流电路的小结（1 1）-三相电源三相电源三相三线制三相三线制三相四线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一三相电源一般都是对称般都是对称的，而且多的，而且多用三相四线用三相四线制接法。制接法。三相交流电路的小结三相交流电路的小结(2)-(2)-三相负载三相负载星形负载星形负载三角形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ三相交流电路的小结三相交流电路的小结(3)-(3)-三相电路计算三相电路计算负载负载 形接法形接法对称负载下：对称负载下：各相电压、电流单独计算。各相电压、电流单独计算。负载不对称时：负载不对称时：负载对称时：负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相。电压对称、电流对称，只需计算一相。三相电路的计算要特别注意相位问题。三相电路的计算要特别注意相位问题。负载负载Y Y形接法形接法电源对称时：电源对称时：三相交流电路的小结三相交流电路的小结(4)-(4)-三相功率计算三相功率计算三相总功率三相总功率：负载对称时：负载对称时：和接法和接法无关无关所谓谐振，按电路理论，它是正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；如果正弦电压加在电感和电容并联电路上，当正弦电压频率为某一值时，电路的总导纳(导纳是阻抗的倒数)为零,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振，后者称为并联谐振。