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三相交流电路三相交流电路 本节课的主要内容本节课的主要内容一、三相电一、三相电源源二、负载星形联结的三相电路二、负载星形联结的三相电路三、中国的电源建设三、中国的电源建设一、一、三相交流电源三相交流电源1.1.三相交流电源的产生三相交流电源的产生三相交流电源的产生三相交流电源的产生工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电ZAXYNSC-+B 图图图图5.1.1 5.1.1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图(尾端尾端尾端尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端首端首端首端)+图图图图5.1.2 5.1.2 三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图+_eeAX图图图图5.1.35.1.3电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势120o120o120o三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式相量表示相量表示相量表示相量表示波形图波形图波形图波形图相量图相量图相量图相量图EBEA.120120120EC.eAeBeCte0120240360幅值相等，频率相同，相位互差幅值相等，频率相同，相位互差120对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 02.2.三相电源的星形联结三相电源的星形联结三相电源的星形联结三相电源的星形联结(1)联接方式联接方式中性线中性线中性线中性线(零线、地线零线、地线零线、地线零线、地线)中性点中性点端线端线端线端线(相线、火线相线、火线相线、火线相线、火线)在低压系统在低压系统在低压系统在低压系统,中性中性中性中性点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以也称地线。也称地线。也称地线。也称地线。相电压相电压相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压线电压线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压、Up、UlXYZNBCAeA+eC+eB+(2)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系根据根据根据根据KVLKVL定律定律定律定律由相量图可得由相量图可得相量图相量图相量图相量图AXYZNBCeA+eC+eB+同理同理线电流：线电流：线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流：相电流：相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流结论：结论：结论：结论：负载负载负载负载 Y Y联联联联结时，线电结时，线电结时，线电结时，线电流等于相电流等于相电流等于相电流等于相电流。流。流。流。Y Y0 0：三相四线制三相四线制三相四线制三相四线制（现代照明电路系统）（现代照明电路系统）（现代照明电路系统）（现代照明电路系统）+ZBZCZAN NN N+N 电源中性点电源中性点N负载中性点负载中性点负载星形联负载星形联结形式结形式星形以三相四线制为主星形以三相四线制为主 二、负载星形联结的三相电路二、负载星形联结的三相电路负载星形（负载星形（Y）联结的一般计算方法）联结的一般计算方法一般一般一般一般计算公式的推导：计算公式的推导：1、中线电压：、中线电压：2、各相电压：、各相电压：N+N RARBRCACB若若RA=RB=RC=5 ，求线电流及中性线电求线电流及中性线电 例例1 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压源线电压 。负载为负载为电灯组，电灯组，流流 IN;1.1.负载对称时，只需计算一相负载对称时，只需计算一相中性线电流中性线电流N+N RARBRCACB(1)线电流线电流三相对称三相对称解：解：已知：已知：负载对称，只求电流、电压大小时，仅算一相负载对称，只求电流、电压大小时，仅算一相有效值即可。有效值即可。2.2.负载不对称时，各相需单独计算负载不对称时，各相需单独计算（1）若）若RA=5 ，RB=10 ，RC=20 ，求线电流求线电流 及中性线电及中性线电流流I IN N ；（2）求例）求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。电路中性线断开时负载的相电压及相电流。例例2 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压压 。负载为电灯组，负载为电灯组，N+N RARBRCACB(2)三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ）分别计算分别计算各线电流各线电流中性线电流中性线电流解：解：解：解：设设则节点电压则节点电压(2)(2)求例求例求例求例1 1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。电路中性线断开时负载的相电压及相电流。电路中性线断开时负载的相电压及相电流。电路中性线断开时负载的相电压及相电流。负载电压负载电压负载电压负载电压可见：可见：1.不对称三相负载做星形联结且无中性线时不对称三相负载做星形联结且无中性线时,三相三相负载的相电压不对称。负载的相电压不对称。2.照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。例例例例3 3 3 3：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析1)中线未断中线未断 N NR RA AR RCR RB BA AB BN NC C 此时此时此时此时A A相短路电流相短路电流相短路电流相短路电流很大，将很大，将很大，将很大，将A A相熔断丝相熔断丝相熔断丝相熔断丝熔断，而熔断，而熔断，而熔断，而 B B相和相和相和相和C C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。在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况 (1)A(1)A相短路相短路相短路相短路:中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。(2)A(2)A相断路相断路相断路相断路:中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线未断时，求各相负载电压；中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。中线断开时，求各相负载电压。此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，B B相和相和相和相和C C相的电灯组由于承受电压上所相的电灯组由于承受电压上所相的电灯组由于承受电压上所相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（加的电压都超过额定电压（加的电压都超过额定电压（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)A2)A相短路相短路相短路相短路,中线断开中线断开中线断开中线断开时时时时,此时负载中性点此时负载中性点N N 即为即为即为即为A,A,因此负载各相因此负载各相因此负载各相因此负载各相电压为电压为电压为电压为 A AB BN NC CN Ni iA Ai iCi iB B+(2)A(2)A相断路相断路相断路相断路 2)2)中线断开中线断开中线断开中线断开 B、C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)中线未断中线未断中线未断中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IBCU U A AU U B B+(b)(b)N NR RA AR RCR RB BA AB BN NC C(a)(a)结论结论 （1 1）不对称负载不对称负载不对称负载不对称负载Y Y联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电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。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。（2 2）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。相电压对称。相电压对称。相电压对称。（3 3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）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电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。闸开关。闸开关。闸开关。应用实例应用实例-照明电路照明电路ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N 正确接法正确接法:每层楼的灯相每层楼的灯相互并联互并联,然后然后分别接至各相分别接至各相电压上。设电电压上。设电源电压为：源电压为：则每盏灯上都可得到则每盏灯上都可得到额定的工作电压额定的工作电压220V220V。照明电路的一般画法照明电路的一般画法零线上不能加零线上不能加刀闸和保险刀闸和保险ABCN.一一层层二二层层三三层层讨论讨论讨论讨论照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线制供电方式？供电方式？AC.一层楼一层楼二层楼二层楼N不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?设线电压为设线电压为380V380V。A A相断开后，相断开后，B B、C C 两相串两相串联，电压联，电压U UBCBC （380V380V）加加在在B B、C C负载上。如果两相负载上。如果两相负载对称，则每相负载上负载对称，则每相负载上的电压为的电压为190V190V。问题问题1 1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何情况如何?ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼分析：分析：结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。问题问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼若一楼断开，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灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4 1/4）结果如何？）结果如何？结果：结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，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。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。ACBR2R3分析分析三、中国的电力、电网建设三、中国的电力、电网建设1、我国的能源概况与水电建设、我国的能源概况与水电建设电力需求情况电力需求情况：需求预测需求预测：全面建设小康社会：全面建设小康社会：2020年年GDP翻两番，预测电力需求翻两番，预测电力需求9.2亿亿kW，估计水电达估计水电达2.3亿亿kW，每年需新增近千万，每年需新增近千万kW。3、受能源资源与技术发展水平的限制，我国发电装机长期以燃煤火电为主。党的十受能源资源与技术发展水平的限制，我国发电装机长期以燃煤火电为主。党的十七大以来，电力工业全面落实科学发展观，水电发展加快，核电发展提速，风电快七大以来，电力工业全面落实科学发展观，水电发展加快，核电发展提速，风电快速发展，我国电源结构不断调整，速发展，我国电源结构不断调整，但总体来看，以火电为主的电源结构没有发生本但总体来看，以火电为主的电源结构没有发生本质变化。质变化。2、电源建设、电源建设1949 年，我国发电装机容量仅为年，我国发电装机容量仅为184.9 万千瓦，居世界第二十一位。截至万千瓦，居世界第二十一位。截至2009 年底，我国发电装机容量达到年底，我国发电装机容量达到8.7 亿千瓦，居世界第二位。亿千瓦，居世界第二位。我国电源建设的稳步发展始于我国电源建设的稳步发展始于1978 年。年。2009 年，全国发电装机达到年，全国发电装机达到8.7 亿亿千瓦，比千瓦，比1978 年增长年增长14.3倍。倍。2009 年发电量年发电量3.66 万亿千瓦时，比万亿千瓦时，比1978 年年增长增长13 倍。倍。4、电网建设：交流输电的发展、电网建设：交流输电的发展2009 年，特高压输电技术取得重大突破。特高压交流试验示范工程自年，特高压输电技术取得重大突破。特高压交流试验示范工程自2009年年1 月初建成投运，我国电网最高运行电压达到月初建成投运，我国电网最高运行电压达到1000 千伏，并持续安全运行，千伏，并持续安全运行，2009 年全年交换电量达到年全年交换电量达到88 亿千瓦时，验证了特高压输电的可行性、安全性、亿千瓦时，验证了特高压输电的可行性、安全性、优越性优越性。发展战略：发展战略：“大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电然气发电，鼓励新能源发电”（电力工业中长期发展规划）。（电力工业中长期发展规划）。坝坝 后后厂厂 房房坝坝 后后厂厂 房房泄泄 洪洪坝坝 段段三峡水电站三峡水电站第一步：第一步：20012010年年水电装机容水电装机容量达到量达到1.4亿千瓦亿千瓦-1.5亿千瓦，超亿千瓦，超过美国居世界第一，实现从资源过美国居世界第一，实现从资源第一大国到生产第一大国的转变；第一大国到生产第一大国的转变；装机容量装机容量1820万万kW，年均发年均发电量电量849亿度。亿度。第二步 2011-2050年基本完成水电的开发、开发率达到90%左右。这时装机约4.3亿千瓦；以3800万kW的墨脱电站为代表的十几座500万kW以上的巨型电站基本开发完毕。西电东送的规模超过1.5亿kW；东中部受电区的抽水蓄能电站将得到大规模发展，大库容的蓄能电站建设、也为沿海风电的大量开发，创造有利条件。中国水电技术随着建设达到世界领先水平。进一步由生产数量上的水电第一大国变为真正的、全面的(包括数量、质量、科技、管理、效益各方面)水电第一大国。输电电压一般分为高压、超高压和特高压。国际上，高压（HV）通常指35220 千伏的电压，超高压（EHV）通常指330 千伏及以上、1000 千伏以下的电压，特高压（UHV）指1000 千伏交流电压。高压直流（HVDC）通常指的是660 千伏及以下的直流输电电压，660 千伏以上的电压称为特高压直流（UHVDC）。我国高压电网指的是110 千伏和220 千伏电网，超高压电网指的是330 千伏、500 千伏和750 千伏电网，特高压输电指的是1000 千伏交流和800 千伏、1000 千伏直流输电工程和技术。v目前，华北、华中电网通过1000 千伏实现特高压交流联网；华中电网与华东电网通过葛洲坝南桥、龙泉政平和宜都华新直流工程实现联网；华中和南方电网通过三峡广东直流实现联网；西北与华中电网通过灵宝直流背靠背工程实现联网。v一、经济社会发展提出新要求：v根据全面建设小康社会的奋斗目标，预计到2020年，我国用电需求将达到7.7 万亿千瓦时，发电装机将在2008 年基础上翻一番，达到16 亿千瓦左右。即使如此，我国2020 年人均用电量也仅相当于经济合作组织国家2007 年水平的一半，电力工业发展的任务还相当艰巨。v当前，我国电网发展总体滞后，城市和农村供电水平不高，资源优化配置和抵御严重自然灾害的能力不强。v为满足未来快速增长的能源电力消费需求，必须加快各级电网建设，构筑结构合理、能力强大、运行灵活的电网系统，实现安全、可靠和经济高效的电力供应，促进电力行业的协调可持续发展。三、能源资源分布与清洁能源发展1、能源资源分布的要求：（1）我国能源资源存在两个先天性的不足。一是“富煤缺油少气”，即优质化石能源（石油、天然气）资源相对不足。在我国矿物能源资源探明储量中，96%是煤炭，油气资源仅占总量的4%左右。二是能源资源分布极不均匀，煤炭主要集中在能源需求量相对较小的西北部地区，而对于占世界技术可开发资源量第一位的水能资源，70%集中在远离负荷中心的西南地区。能源资源的这种分布状况使得我国能源供应的成本较高。v我国能源消费主要集中在东中部经济发达地区。随着未来能源开发重心进一步向西部和北部地区转移，这种逆向分布趋势将更加明显。v能源资源的分布特点决定了我国基地式的能源开发格局。总体来看，位于西部和北部的大煤电基地、西南大水电基地与东部负荷中心的距离一般为8003000 公里，基地电力外送规模大、距离远。因此，依托先进的特高压输电技术，建设电力“高速公路”，实现大型能源基地的大规模电力外送，已成为构建我国现代化能源运输体系的重要内容。2、清洁能源发展大规模风电基地主要集中在西北和内蒙古等地区，当地系统规模小、电力需求有限，无法实现就地消纳，必须依托更高电压等级输电网，实行大规模远距离输送。我国风电在发展初期就面临大规模、高集中开发与远距离、高电压输送问题，由此带来的电网技术和经济问题尤为突出，更加复杂。我国西南地区水电资源量巨大，四川、云南、西藏三省区的水电技术可开发量约为3.3 亿千瓦，占全国的61.3%，截至2008 年底的开发率仅为11.5%，是未来我国水电开发的重点地区。西南地区电力消费需求有限，大规模水电开发也要求提高电网输电能力，将生产的电能通过电网输送到中东部负荷中心地区进行消纳。电网未来发展的一个重要特征就是可以通过创新营销策略实现电网与电力用户的双向互动，引导用户主动参与市场竞争，实现有效的“需求侧响应”。用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境，给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数，自动优化其用电方式，以期达到最佳的用电效果，进而提高设备的电能利用效率，实现节电。相关资料表明，在芬兰，通过实现用户与电网双向互动，用户的能量使用效率提高了7%。在法国，监管机构CRE 预测，通过安装智能表计，居民可以减少5%的电能消耗。五、智能电网世界电网发展趋势智能电网建设在欧美国家已逐步上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。目前，美国、欧洲等国家电网高速发展时期早已过去，电网架构趋于稳定、成熟，具备较为充裕的输配电供应能力。因此，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户服务，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，成为欧美等发达国家电网发展的主要关注点。v五、智能电网世界电网发展趋势v进入21 世纪以后，随着信息技术和互联网技术的广泛应用，尤其是美加大停电和其它停电事故所带来的强大冲击，美国、欧盟等国家对电力供应的安全性、灵活性以及电能质量等问题愈加关注，围绕与用户之间的双向互动、可再生能源和分布式电源发展与管理、电力供应商业模式和技术手段创新等方面，重点着眼于配电和用户环节，陆续启动了一系列相关研究和实践，有关智能电网的建设和应用理念由此逐步形成。v我国能源资源与能源需求呈逆向分布，80%以上的煤炭、水电和风能资源分布在西部、北部地区，而75%以上的能源需求集中在东部、中部地区。未来能源生产中心不断西移和北移，跨区能源调运规模和距离不断加大，能源运输形势更为严峻。v一次能源资源与生产力布局不平衡的基本国情，客观上决定了我国能源供应的长期发展格局，促使我国必须在全国范围内实行资源优化配置。v智能电网将融合网络通信、传感器、电力电子和化学储能等高新技术，对于推动通讯信息、能源、新材料等高科技产业，推动新技术革命具有直接的综合效果。v建设智能电网，一方面将带动其上下游和周边衍生产业链，推动电力和其他产业结构调整，促进技术和装备升级；另一方面，将为国内电动汽车和智能家电等相关行业提供友好、公平的竞争平台，促进关联产业良性发展和新产业的涌现。v加快建设智能电网还将为我国占据世界智能电网技术、相关标准的制高点提供战略机遇。v智能电网是当今世界能源产业发展变革的最新动向，体现了社会的进步，代表着电网未来发展的方向。v目前，建设智能电网的必要性已经在世界范围内被广泛接受，但由于各国间国情和发展现状的不同，对智能电网的概念和特征的总结不完全一致。v随着智能电网技术研究和实践的推进，世界各国对智能电网的理解也在不断探索、完善的过程中。负载不对称而又没有中线时，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，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。常工作。比如比如:照明电路中各相负载不能保证完全对称，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝所以绝对对不能采用三相三相制供电，不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。而且必须保证零线可靠。2 2、中线的作用中线的作用在于，在于，使星形联接的不对称负载得到相等的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，相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上其上不允许接熔断器、不允许接熔断器、也不允许接开关。也不允许接开关。小结小结1 1、在三相交流电路中，负载不对称具有普遍性；、在三相交流电路中，负载不对称具有普遍性；一、重要结论一、重要结论 三相电路是当今社会十分先进的强电技术，三相电路是当今社会十分先进的强电技术，我们要充分利我们要充分利用好三相电路的原理，让平时生产生活中对电的使用更高效，用好三相电路的原理，让平时生产生活中对电的使用更高效，更环保。更环保。二、重要意义二、重要意义
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