第4章 三相交流电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,三相交流电路,电工技术,1,第二节 负载的星形联结,第一节 三相电源,第四章 三相交流电路,第三节 负载的三角形联结,第四节 三相负载的功率,2,第一节 三相电源,3,第一节 三相电源,现代电力系统中的供电方式几乎,全部采用三相正弦交流电。,原因：,三相输电比单相输电,节省导线材料,三相交流电机比单相交流电机,性能好、经济效益高,。,三相交流电一般由三相交流发电机产生，通过三相输电线路，传输到三相负载或单相负载上使用。,4,第一节 三相电源,定子,转子,（一）三相交流发电机结构,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,一、三相电动势,W,2,U,1,U,2,V,2,S,N,W,1,-,+,V,1,转子,定子,三相交流发电机示意图,电磁感应,绕组,5,第一节 三相电源,（二）工作原理,转子磁极,匀速旋转,，在各绕组中产生,正弦感应电动势，,这些感应电动势的,幅值,、,频率相等,，,相位相差,120,0,，,相当于,3,个独立的交流电压源。,(,尾端,),e,U,U,2,U,1,V,1,V,2,W,1,W,2,(,首端,),三相绕组示意图,+,+,+,e,V,e,W,三相交流发电机示意图,W,2,U,1,U,2,V,2,S,N,W,1,-,+,V,1,转子,定子,绕组,6,第一节 三相电源,（四）相量图,（三）波形图,相量表示,三相电动势瞬时表示式,E,m,0,e,U,e,V,e,W,2,120,240,360,O,E,V,E,U,.,.,120,120,E,W,.,7,第一节 三相电源,对称三相电动势的瞬时值之和为,0,相序,三相交流电到达正最大值的顺序。,幅值相等,频率相同,相位互差,120,对称三相电动势,（五）三个正弦交流电动势满足特征,供电系统三相交流电的相序为,U,V,W,。,E,V,E,U,.,.,120,120,E,W,.,8,（一）联结方式,中性线,(,零线、地线,),端线,(,相线、火线,),在低压系统，中性点通常接地，也称,地线,U,W,V,e,U,+,e,W,+,e,V,+,N,星形联结,三角形联结,发电机三相绕组端线的联结方式,中性点,N,三相四线制电源,380/220,伏,二、三相四线制供电系统,第一节 三相电源,9,1,第一节 三相电源,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。,有效值,U,p,+,+,+,有效值,U,L,+,+,+,中性线,(,零线、地线,),中性点,端线,(,相线、火线,),N,N,V,W,U,e,U,+,e,W,+,e,V,+,输出两种电压：,10,第一节 三相电源,（二,),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,相电压,线电压,线电压,+,+,+,+,+,+,N,N,V,W,U,e,U,+,e,W,+,e,V,+,11,第一节 三相电源,实际中,:,相电压,U,P,=220,伏,线电压,U,L,=,U,P,=380,伏,三相线电压也是对称的。,线电压,U,L,=,U,P,，且超前相应的相电压,30,0,12,第二节 负载的星形联结,13,第二节 负载的星形联结,三相负载,不对称三相负载： 不满足,Z,U,=,Z,V,=,Z,W,(,将单相负载接到三相电源的,三个相上,),对称三相负载：,Z,U,=,Z,V,=,Z,W,(,三相电动机,),概述,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,),2.,负载的联结,星形,（,Y,）,联结,星形,（,）,联结,1.,负载分类,14,第二节 负载的星形联结,星形（,Y,）联结,即把大量单相负载分成,3,组，分别接电源,L,1,N,、,L,2,N,和,L,3,N,之间，称为,U,、,V,、,W,三相负载，组成,不对称的三相负载,。,有中性线,不接中性线,15,第二节 负载的星形联结,负载星形联结的,三相四线制电路,+,+,+,负载星形联结的,联结形式（,三相不对称负载,）,N,负载中性点,N,电源,中性点,N,U,V,W,Z,V,Z,W,Z,U,N,u,w,v,三相,负载的负阻抗,16,（一）每相负载电压等于电源相电压,+,+,+,一、电压、电流的基本关系,+,+,+,若不计中性线及各相线的阻抗,N,U,V,W,Z,V,Z,W,Z,U,N,u,w,v,第二节 负载的星形联结,17,第二节 负载的星形联结,线电流,I,L,：,流过端线的电流,相电流,I,P,：,流过每相负载的电流,（二）相电流等于相应的线电流,+,+,+,+,+,+,N,U,V,W,Z,V,Z,W,Z,U,N,u,w,v,相电流,线电流,18,第二节 负载的星形联结,（三）,各相电流可分成三个单相电路分别计算,即,+,+,+,+,+,+,N,U,V,W,Z,V,Z,W,Z,U,N,u,w,v,19,第二节 负载的星形联结,中线电流,（,三相负载不对称）,：,（四）中性线电流等于三相电流之和,+,+,+,+,+,+,N,U,V,W,Z,V,Z,W,Z,U,N,u,w,v,中性线电流,20,第二节 负载的星形联结,若三相负载对称,所以负载对称时，,三相电流也对称。,则有,负载对称时，只需计算出任一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出,二、,三相负载对称,的情况,21,第二节 负载的星形联结,负载对称时：,中性线无电流,可省掉中性线，成为三相三线制系统,22,第二节 负载的星形联结,负载不对称时：,中性线有电流,中性线不能除，否则,负载上,三相电压,不对称，不能正常工作,三、,三相负载不对称,的情况,不对称电路实例,照明电路,若有中性线,中线电流,：,23,第二节 负载的星形联结,若,U,相负载短路或断路,:,则,U,相灯泡熄灭，而,V,、,W,两相灯泡仍承受相电压,220V,，工作正常。,在三相四线制中，一相发生故障，不影响其它两相工作,图,(a),，,线电压,为,380V,，灯泡承受相电压,220V,。,若有中性线,24,第二节 负载的星形联结,U,相断路时,图,(c),：,U,、,V,两相负载串联后承受,380V,电压，由于,U,、,V,两相负载一般不相等，所承受电压也不相等，可能低于额定电压，灯泡不能正常发光，也可能高于额定电压，灯泡烧毁。,U,相负载短路时,图,(b),：,V,、,W,两相将承受,380V,电压，如会使,V,、,W,两相灯泡全部烧毁。,若无中性线,25,第二节 负载的星形联结,在三相四线制中，,在无中性线的情况下，一相发生故障，就要影响其它两相的正常工作,为了保证负载的相电压对称，中性线上不准接熔断器和开关，而且中性线要具有足够机械强度。,26,第二节 负载的星形联结,【,例,4-2-1,】,三相四线制电路如下图所示，已知每相负载阻抗,Z,=,（,6+8j,）,，外加线电压,U,l,=380V,，试求负载的相电压和相电流。,+,+,+,Z,Z,Z,N,27,第二节 负载的星形联结,解,:,三相负载对称,:,Z,U,=,Z,V,=,Z,W,=,Z,=,（,6+8j,）,相位差角：,故可归结到一相计算,相电压：,相电流：,28,第二节 负载的星形联结,若选 为参考相量，则,:,53.1,53.1,53.1,29,实验目的：,不对称三相电路中线的作用。,建立电路：,1.,电源、,不对称负载,采用,Y,形接,实验步骤：,1.,中线上开关闭合，看各相上的,开关状态对负载工作状态的影响,。,2.,中线上开关断开，重复步骤,1,。,EDA,实验,实验六,三相电路,链接,EDA6,2.,每一相和中线上都有开关来控制通、断状态。,法。,30,三相电路,EDA,实验,31,结 论,:,在负载不对称的情况下，中线的作用就在于使不对称负载的相电压对称。,实验数据：,EDA,实验,中线开关,K,闭合，开关,A,、,B,、,C,闭合,（,1,）,F,闭合，即,A,相短路，不影响,B,相、,C,相的工作。,（,2,）任何一相断开，也不影响其他相的工作。,中线开关,K,断开，开关,A,、,B,、,C,闭合,不对称负载的工作不正常，,B,相、,C,相被,烧断。,32,第三节 负载的三角形联结,33,三角形联结：,如单相负载的额定电压等于三相电源电压，就必须把这类负载接于两根之间，即分别接于电源,L,1,L,2,、,L,2,L,3,、,L,3,L,1,之间。,第三节 负载的三角形联结,34,第三节 负载的三角形联结,Z,UV,Z,VW,Z,WU,U,V,W,负载的,相电压,：每相负载两端的电压。,负载端的,线电压,：负载一侧端线之间的电压。,+,+,+,负载三角形联结的,联结形式,+,+,+,三相三线,制电源,35,第三节 负载的三角形联结,Z,UV,Z,VW,Z,WU,U,V,W,+,+,+,相电流和线电流的,关系,?,相电流,:,流过每相负载的电流,、 、,线电流,:,流过端线的电流,、 、,负载的相电,压和线电压的,关系,?,36,第三节 负载的三角形联结,U,P,=,U,L,有效值关系为,VW,WU,（一）每相负载承受电源线电压,即,一、电压、电流的基本关系,37,第三节 负载的三角形联结,VW,UV,WU,VW,WU,（二）,各相电流可分成三个单相电路分别计算,38,第三节 负载的三角形联结,39,第三节 负载的三角形联结,负载对称时,相电流对称，即,VW,UV,WU,I,UV,=,I,VW,=,I,WU,=,I,P,VW,WU,二、,三相负载对称,的情况,40,负载对称时,由相量图可求得：,30,V,W,线电流比相应的相电流滞后,30,第三节 负载的三角形联结,VW,WU,VW,UV,WU,（三）各线电流由两个相邻的相电流决定,41,第三节 负载的三角形联结,负载不对称时,相电流不对称，各,相电流可分别计算。,VW,UV,WU,VW,WU,三、,三相负载不对称,的情况,作三角形联结时，相电压对称。若一相断开，并不影响其他两相工作,42,【,例,4-3-1,】,三相三线制电路如下图所示，已知每相负载复阻抗,Z,=,（,6+8j,）,，外加线电压,U,L,=380V,，试求工作时负载的相电流和相电流。,第三节 负载的三角形联结,Z,UV,Z,VW,Z,WU,U,V,W,+,+,+,43,解,:,三相负载对称,:,Z,U,=,Z,V,=,Z,W,=,Z,=,（,6+8j,）,相位差角：,故可归结到一相计算,所以，线电流：,相电流：,第三节 负载的三角形联结,44,第四节 三相负载的功率,45,第四节 三相负载的功率,无,论负载为,Y,或,联结，三相电路的总有功功率均,等于三相有功功率之和。,三相功率的基本关系与,负载,联结方式无关。,46,一、三相功率的基本关系,分别为所在相的,相电压,与,相电流,间的相位差。,等于三相有功功率之和,1.,有功功率,第四节 三相负载的功率,47,等于三相无功功率之和,2.,无功功率,3.,视在功率,不等于三相视在功率之和,分别为所在相的,相电压,与,相电流,间的相位差。,第四节 三相负载的功率,48,二、三相对称负载功率,负载,对称电路时，各,相的相电流、,相电压及其相位差都相等，则,相电压与相,电流的相位差,第四节 三相负载的功率,49,所以,星形接法时：,由于,线电压和线电流的测量比较方便，功率常用线电压和线电流表示。,第四节 三相负载的功率,50,【,例,4-4-1,】,三相负载,Z,=,（,6+8j,）,，接于,380V,线电压上，,试求分别用星形接法和三角形接法时三相电路的总功率。,解,:,每相负载阻抗,:,星形接法：,三角形接法：,第四节 三相负载的功率,51,小结,第四章三相交流电路,52,一、知识结构图,定义：,三相电动势，相线，相电压，,线电压，相序，相量图,Y,形联结,形联结,电源,三相交流电路,负载,Y,形联结、,形联结,四线制,对称,不对称,三线制,对称,不对称,对称,不对称,功率,有功功率,对称,不对称,无功功率,视在功率,对称,不对称,对称,不对称,53,（一）三相电源,1.,电动势的特点：,三相对称，即,幅值相同，频率相同，相位相差,120,0,。相当于,3,个独立的交流电压源。,2.,相电压：,是指在三相四线制供电系统中，,相线与中性线,之间的电压。在我国低压供电系统中通常相电压为,220V,。,3.,线电压：,是指在三相四线制供电系统中，,相线与相线,之间的电压。在我国低压供电系统中通常线电压为,380,V,。线电压是相电压的倍，在相位上超前相应的相电压,30,0,。,二、需,掌握的知识要点,54,（二）三相负载的接法,两种接法：,星形联结、三角形联结,。,选择哪种要视负载的额定电压与电源电压决定。,1.,星形联结,（,1,）,三相对称负载时：,中性线电流为零，故中性线可不接；,三相负载不对称时：,则必须接中性线，以保证各相相电压对称。,（,2,）各相负载承受相电压，线电流等于相电流。,2.,三角形联结,（,2,）,三相对称负载时：,线电流等于倍的相电流。,（,1,）各相负载承受线电压，线电流等于相邻两相电流之差。,55,第四章 小结,（三）功率,1.,可分别计算各相的有功功率和无功功率，相加后得三相有功功率和三相无功功率。,3.,若三相负载对称，则不论是星形联结，还是三角形联结，都可用以下公式计算三相功率。,2.,三相视在功率，一般不等于各相视在功率之和，除非三相负载对称。,56,素材库,附件,57,为了方便各位老师根据不同的教学风格修改课件，这里将一部分,自行制作,的素材库,附上,。,说 明,素材库包括：,元器件、电路符号、各种变量、波形、圆点标记等,。,58,+,V,CC,C,V,BB,R,R,L,u,i,+,u,+,讨论,附件：素材库,u,s,u,+,_,+,_,+,_,复习,Z,L,i,1,I,2,n,1,P,N,M,3,L,3,L,1,L,2,I,a,X400,T300,U,S3,+,E,+,_,+,链接,EDA3,【,例,10-2-9,】,I,1,I,2,回路,方向,i,1,59,