电路三相电路课件

第第12章章 三相电路?重点1.三相电路的基本概念2.对称三相电路的分析3.不对称三相电路的概念4.三相电路的功率1三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。三相电路的优点：（1）发电方面：比单项电源可提高功率50；（2）输电方面：比单项输电节省钢材25；（3）配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接入负载；（4）运电设备：具有结构简单、成本低、运行可靠、维护方便等优点。以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。2研究三相电路要注意其特殊性，即：（1）特殊的电源（2）特殊的负载（3）特殊的连接（4）特殊的求解方式31.对称三相电源的产生通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速度?转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。NSooI?AZBXCY三相同步发电机示意图12.1三相电路4（1）瞬时值表达式)120cos(2)()120cos(2)(cos2)(oCoBA?tUtutUtutUtu?A+XuAB+YuBC+ZuC（2）波形图0?A、B、C 三端称为始端，X、Y、Z 三端称为末端。?tuAuBuuCO5（3）相量表示)0(1201200oCoBoA?UUUUUUA?UCU?BU?120120120（4）对称三相电源的特点00 CBACBA?UUUuuuBAUU?6正序(顺序)：ABCA负序(逆序)：ACBAABC相序的实际意义：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。DABC123DACB123正转反转（5）对称三相电源的相序ABC三相电源中各相电源经过同一值(如最大值)的先后顺序72.三相电源的联接把三个绕组的末端 X,Y,Z 接在一起，把始端 A,B,C 引出来+ANX+BY+CZA?UB?UC?UA?IA+XBCYZABCNA?UB?UC?UBA?UBC?UCA?UB?IC?IX,Y,Z 接在一起的点称为Y联接对称三相电源的中性点，用N表示。（1）星形联接(Y联接)8（2）三角形联接(?联接)+AXBYCZA?UB?UC?U+AX+BCYZABCB?UC?UA?UBA?UBC?UA?IB?IC?ICA?U三角形联接的对称三相电源没有中点。三个绕组始末端顺序相接。9名词介绍：(1)端线(火线)：始端A,B,C 三端引出线。(2)中线：中性点N引出线，?接无中线。(3)三相三线制与三相四线制。(5)相电压：每相电源的电压。(4)线电压：端线与端线之间的电压。CACB BA,?UUUCBA,?UUUAX+BCYZABCB?UC?UA?UBA?UBC?UA?IB?IC?ICA?UA+XBCYZABCNA?UB?UC?UBA?UBC?UCA?UA?IB?IC?I103.三相负载及其联接三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫做一相负载，三相负载也有星型和三角形二种联接方式。ABCNA?IB?IC?IN?IZAZCZBABCA?IB?IC?IZBCZCAZABab?Ibc?Ica?I星形联接三角形联接CABCABCBAZZZZZZ?,当称三相对称负载11负载的相电压：每相负载上的电压。,NCNBNAUUU?线电流：流过端线的电流。CBAIII?,相电流：流过每相负载的电流。cabcabIII?,abI?NAU?NAU?ABCNA?IB?IC?IN?IZAZCZBABCA?IB?IC?IZBCZCAZABab?Ibc?Ica?I负载的线电压：负载端线间的电压。,ACCBBAUUU?124.三相电路三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：电源YY负载电源Y负载当组成三相电路的电源和负载都对称时，称对称三相电路13+AN+B+CZA?UB?UC?UZZN三相四线制+A?UB?UC?UABCZZZYYY141.Y联接12.2对称三相电源线电压（电流）与相电压（电流）的关系oCCNoBBNoANA120 120 0?UUUUUUUUU设oooNACNCAoooCNNBCBoooBNNABA150301209031201203031200?UUUUUUUUUUUUUUUUUUA+XBCYZABCNA?UB?UC?UBA?UBC?UCA?UA?IB?IC?I15BNU?利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：线电压对称(大小相等，相位互差120o)一般表示为：BA?U30oNA?UBN?UCN?U30o30oBC?UCA?UNA?UBN?UCN?UBA?UBC?UCA?Uo CNCAo BNCBo ANBA303303303?UUUUUU16对Y接法的对称三相电源所谓的“对应”：对应相电压用线电压的第一个下标字母标出。(1)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30o。.3 ,3 )2(plUU?即倍的线电压大小等于相电压CNCABNC BANB A?UUUUUU结论172.?联接联接oCoBoA120 120 0?UUUUUU设oCCAoBCBoABA1201200?UUUUUUUUU即线电压等于对应的相电压。AX+BCYZABCB?UC?UA?UBA?UBC?UA?IB?IC?ICA?U以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。18关于?联接电源需要强调一点：始端末端要依次相连。正确接法错误接法I=0,?联接电源中不会产生环流。注意A?UB?UC?U?I0CBA?UUUCCBA2?UUUUA?UB?UC?U?IC?U总?UI?0,?接电源中将会产生环流。19当将一组三相电源连成三角形时，应先不完全闭合，留下一个开口，在开口处接上一个交流电压表，测量回路中总的电压是否为零。如果电压为零，说明连接正确，然后再把开口处接在一起。VV型接法的电源：若将?接的三相电源去掉一相，则线电压仍为对称三相电源。+ABCB?UA?UBA?UBC?UCA?UABCA?UB?U+203.相电流和线电流的关系A+BCABCNA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCNA?IB?IC?IN?IZZZ星型联接时，线电流等于相电流。结论结论21ABCA?IB?IC?IZZZab?Ibc?Ica?IZUZUINANAA?33/ABCA?IB?IC?IZ/3Z/3Z/3N0030330)3(3?ZUZUBABA?0303?abI?结论结论(2)线电流相位滞后对应相电流30o。.3 ,3 )1(plII?即倍的线电流大小等于相电流联接的对称电路：2212.3对称三相电路的计算对称三相电路由于电源对称、负载对称、线路对称，因而可以引入一特殊的计算方法。1.YY联接(三相三线制）+_+NnZZZA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCabcZZUUUUUU?|120 120 oCoBA设23以N点为参考点，对n点列写节点方程：CBAnN111)111(?UZUZUZUZZZ0 0)(13nNCBAnN?UUUUZUZnNU?+_+NnZZZA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCabc24负载侧相电压：oCcnoBbnAan120120?UUUUUUUUU因N，n两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算。+_+NnZZZA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCabcA相计算电路+A?UA?IANnaZanU?也为对称电压25计算电流：ZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUI?oCcnCoBbnBAanA120|120|为对称电流结论1.UnN=0，电源中点与负载中点等电位。有无中线对电路情况没有影响。2.对称情况下，各相电压、电流都是对称的，可采用一相（A相）等效电路计算。只要算出一相的电压、电流，则其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。3.Y形联接的对称三相负载，其相、线电压、电流的关系为：abAanabIIUU?,303262.Y?联接+_+NZZZA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCabcab?Ibc?Ica?IoCAcaoBCbcoABab1503903303?UUUUUUUUU负载上相电压与线电压相等：ZZUUUUUU?|120 120 oCoBA设解法一27ZUZUIZUZUIZUZUI?ocacaobcbcoabab150|390|330|3计算相电流：线电流：ocabccaCobcabbcBoabcaabA303303303?IIIIIIIIIIII30o30oA?Uab?Iab?UA?Ibc?Ica?IB?IC?I?caI?28(1)负载上相电压与线电压相等，且对称。(2)线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的倍，相位落后相应相电流30。3故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余两相结果。+_+NZZZA?UB?UC?UA?IB?IC?IABCabcab?Ibc?Ica?InZ/3结论解法二29ZUZUZUI?|333/AanA+A?UA?IANnaZ/3ZUII?ooAab30|33031ooanab303303?UUU利用计算相电流的一相等效电路。+AB?Uab?IABbaZ?303330330|3oabab?UUUUZUIIZUZUZUIABabanabAAB解法三303.电源为?联接时的对称三相电路的计算将?接电源用Y接电源替代，保证其线电压相等，再根据上述YY，Y?接方法计算。+ABCBCU?CAU?ABU?BA?UBC?UA?IB?IC?ICA?UA?I+NABCNANU?BNU?CNU?BA?UBC?UCA?UB?IC?IoCACNoBCBNoABAN303130313031?UUUUUU31例例b+_ACBZZlBA?UBC?UAC?UZlZlZZacA?I+NA?UA?IANnaZ/3Zl?3031?ABANUU32(1)将所有三相电源、负载都化为等值YY接电路；(2)连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗不计；(3)画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：(4)根据?接、Y接时 线量、相量之间的关系，求出原电路的电流电压。(5)由对称性，得出其它两相的电压、电流。对称三相电路的一般计算方法:一相电路中的电压为Y接时的相电压。一相电路中的电流为线电流。33例例1 ABCZZZZlZlZl已知对称三相电源线电压为 380V，Z=6.4+j4.8?，Zl=6.4+j4.8?。求负载Z的相电压、线电压和电流。解NA?U+A+BN+CBN?UCN?UZlZlZlZZZ+NA?UA?IANnaZZlV03220V 0380oANoAB?UU则设画出一相计算图34 A3.171.1743.188.12 03220 j8.89.4 03220ooooANA?lZZUIV 2.368.1369.3683.171.17oooAan?ZIUV 2.69.236V 2.68.1363303oooanab?UU+NA?UA?IANnaZZl35例2 ABCA?IZZZABCYA?IZZZ一对称三相负载分别接成Y和?型。分别求线电流。解ZUIANAY?ZUZUIANANA33/?YII3?应用：Y?降压起动。36例3 如图对称三相电路，电源线电压为380V，|Z1|=10?，cos?1=0.6(滞后)，Z1=j50?，ZN=1+j2?。求：线电流、相电流，并定性画出相量图(以A相为例)。+_+NACBZ1Z2ZNN?AI?AI?AI?ANU解V 03380 V0220oABoAN?UU设+_Z1?ANU?AI?AI?AI32Z画出一相计算图37350j318j61.53101.53,6.0cos22111?ZZZ?A6.17j13.2A13.532213.53100220ooo1ANA?ZUIj13.2A3/50j0220 o2ANA?ZUIA4.189.13 oAAA?III根据对称性，得B、C相的线电流、相电流：A6.1019.13A4.1389.13oCoB?II+_Z1?ANU?AI?AI?AI32Z38由此可以画出相量图：由此可以画出相量图：A9.6622 A1.17322 A1.5322 :oCoBoA?III第一组负载的三相电流A12013.2 A013.2 A12013.230 31 :oCA2oBC2ooAAB2?IIII第二组负载的相电流30o18.4oA?IA?I A?IAB2?IAB?UAN?U39电源不对称（一般程度小，系统保证其对称)。电路参数(负载)不对称情况很多。电源对称，负载不对称(低压电力网)。分析方法不对称复杂交流电路分析方法。主要了解：中性点位移。12.4不对称三相电路的概念讨论对象40负载各相电压：三相负载Za、Zb、Zc不相同。0/1/1/1/1/NcbacCNbBNaANNN?ZZZZZUZUZUUNNCNCNNNBNBNNNANAN?UUUUUUUUU+_NNZNZaZbZcAN?UCN?UBN?UABC41负载中点与电源中点不重合的现象。在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，使负载的工作状态不正常。相量图NA?UBN?UCN?UNNN?UNNA?UBN?UNC?U中性点位移.42例1(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。每相负载的工作情况相对独立。(2)若三相三线制,设A相断路(三相不对称)灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。ACBNNACBN照明电路：2/BCNBNCUUU?43(3)A相短路超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。ACABNBNCUUUU?计算短路电流：RURUIABAB0303?ACBNBI?CI?AI?RURUIACAC01503?RUjjRURUIIIAAACBA?3)21232123(3 )15030(3)(00?短路电流是正常时电流的3倍44（2）中线不装保险，并且中线较粗。一是减少损耗，二是加强强度(中线一旦断了，负载不能正常工作)。（3）要消除或减少中点的位移，尽量减少中线阻抗，然而从经济的观点来看，中线不可能做得很粗，应适当调整负载，使其接近对称情况。结论结论（1）负载不对称，电源中性点和负载中性点不等位，中线中有电流，各相电压、电流不再存在对称关系；45图示为相序仪电路。说明测相序的方法解例22/RReq?CReqocU?+NA+AN+B+CCA?UB?UC?URRN应用戴维宁定理得等效电路。ACBACBBAocUUUUUUUUU?23)(21 2?ocU?cU?RU?N?A当C变化时，N在一半圆上移动。46若以接电容一相为 A相，则B相电压比C相电压高。B相灯较亮，C相较暗(正序)。据此可测定三相电源的相序。NCBAN三相电源的相量图AocUUAN?23?电容断路，N在CB线中点电容变化，N在半圆上运动，因此总满足：NCNBUU?47例例3ZZZA1A2A3S如图电路中，电源三相对称。当开关S闭合时，电流表的读数均为5A。求：开关S打开后各电流表的读数。解开关S打开后，电流表A2中的电流与负载对称时的电流相同。而A1、A3中的电流相当于负载对称时的相电流。电流表A2的读数=5A电流表A1、A3的读数=A89.23/5?481.对称三相电路功率的计算12.5三相电路的功率Pp=UpIpcos?三相总功率：P=3Pp=3UpIpcos?plplIIUU?,3 :Y接IUIUPllllcos3cos313?（1）平均功率49plplIIUU3 ,:?接接IUIUPllllcos3cos313?注(1)?为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以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数：cos?A=cos?B=cos?C=cos?。(3)公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。50（2）无功功率Q=QA+QB+QC=3QpIUIUQllppsin3sin3?（3）视在功率这里的，P、Q、S 都是指三相总和。llppIUIUQPS33 22?功率因数也可定义为：cos?=P/S(不对称时?无意义)51（4）对称三相负载的瞬时功率)cos(2 cos2 AAtIitUu?设)2(cos cos )(os cos2 AAAtUItctUIiup?则)240 2(cos cos)240 2(cos cosoCCCoBBB?tUIUIiuptUIUIiupUIppppcos3CBA?52单相：瞬时功率脉动三相：瞬时功率恒定?tpO3UIcos?p?tOUIcos?电动机转矩:m?p可以得到均衡的机械力矩。避免了机械振动。（5）对称三相负载的复功率=A+B+C=p532.三相功率的测量(1)三表法若负载对称，则需一块表，读数乘以 3。CCNBBNAANiuiuiup?*三相负载WWWABCN*CBAPPPP?三相四线制54(2)二表法：这种测量线路的接法是将两个功率表的电流线圈串到任意两相中，电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。（有三种接线放式）若W1的读数为P1，W2的读数为P2，则三相总功率为：三相负载W1ABC*W2三相三线制P=P1+P255证明：所以两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。由于联接负载可以变为Y型联接，故结论仍成立。p=uAN iA+uBN iB+uCN iCiA+iB+iC=0 iC=(iA+iB)p=(uAN uCN)iA+(uBN uCN)iB=uACiA+uBC iBiAACBiBiCN?1:uAC与iA的相位差，?2:uBC与iA的相位差。设负载是Y型联接P=UACIAcos?1+UBCIBcos?2W1W2561.只有在三相三线制条件下，才能用二表法，且不论负载对称与否。3.按正确极性接线时，二表中可能有一个表的读数为负，此时功率表指针反转，将其电流线圈极性反接后，指针指向正数，但此时读数应记为负值。注2.两块表读数的代数和为三相总功率，每块表的单独读数无意义。4.两表法测三相功率的接线方式有三种，注意功率表的同名端。5.负载对称情况下，有：)30cos()30cos(0201?llllIUPIUP57由相量图分析：假设负载为感性，相电流(即线电流)落后相电压?。UAN，UBN，UCN为相电压。P=P1+P2=UACIAcos?1+UBCIBcos?2=UlIlcos?1+UlIlcos?2角落后角落后角落后UIUIUI NCCNBBNAA?1=30?2=30?+?NNA?UNB?UNC?U?A?IB?IBC?U30?AC?U30?1?2其它两种接法可类似讨论。58所以讨论P1=UlIlcos?1=UlIlcos(30?)P2=UlIlcos?2=UlIlcos(30?+?)IUIUPllllcos3)30cos()30cos(?=0P1P2P1=P1+P2?60o负数(零)(感性负载)?60o负数(零)正数正数(容性负载)?=90o0llIU23llIU23llIU3llIU21llIU21?59求：(1)线电流和电源发出总功率；(2)用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。解例1已知Ul =380V，Z1=30+j40?，电动机 P=1700W，cos?=0.8(滞后)。A1.5341.4 40j300220Z1NA1A?UIV0220NA?U(1)DABCZ11A?I2A?I电动机A?I60电动机负载：W1700cos3 A2?IUPl A9.3623.3 9.36 ,8.0cosA23.38.03803cos3 A2A2?IPUPIl A9.15623.3B2?I总电流：A2.4656.7 9.3623.31.5341.4 A2A1A?IIIkW44.32.46cos56.73803 cos3 A?总总IUPlkW74.13041.433 2121A1?RIPZ61表W1的读数P1：DABCZ11A?I2A?I电动机(2)两表的接法如图W1*W2P1=UACIA2cos?1=380?3.23cos(30?+36.9?)=1218.5W表W2的读数P2：P2=UBCIB2cos?2=380?3.23cos(156.9?+90?)=481.6W62例2三相对称负载WABC*根据图示功率表的读数可以测取三相对称负载的什么功率？解NNA?UNB?UNC?UBC?U30?A?I?画出相量图，由相量图得功率表的读数：P=UBCIAcos(900+?)=UlIlsin?根据功率表的读数可以测取负载的无功功率。PIUQll3sin3?63