简化使用三相电路

,第,5,章 三相电路,5.1,三相电压,5.2,负载星形联结的三相电路,5.3,负载三角形联结的三相电路,5.4,三相负载的功率,第,5,章 三相电路,本章要求：,1.,理解对称三相负载,Y,和,联结时相线电压、相线,电流关系。,2.,掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正,确联接方法，理解中线的作用。,3.,掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,图,5.1.1,三相交流发电机示意图,5.1,三相电压,1.,三相电压的产生,工作原理：动磁生电,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,(,尾端,),+,e,A,e,B,e,C,X,A,B,Y,C,Z,(,首端,),+,+,图,5.1.2,三相绕组示意图,相量图,波形图,e,0,e,A,e,B,e,C,2,120,240,360,相量表示,E,B,E,A,.,.,120,120,120,E,C,.,三相电动势瞬时表示式,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。,最大值相等,频率相同,相位互差,120,称为对称三相电动势,三个正弦交流电动势满足以下特征,供电系统三相交流电的相序为,A,B,C,2.,三相电源的星形联结,(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,接地点,。,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,、,U,p,+,+,+,X,Y,Z,N,B,C,A,e,A,+,e,C,+,e,B,+,+,+,+,、,U,L,(2),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,A,X,Y,Z,N,B,C,e,A,+,e,C,+,e,B,+,+,+,+,+,+,+,A,U,&,同理,A,U,&,30,30,A,U,&,3.,三相电源的三角形联结,+,+,B,A,C,+,5.2,负载星形联结的三相电路,三相负载,不对称三相负载：,不满足,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,如由单相负载组成的三相负载,对称三相负载：,Z,A,=,Z,B,=,Z,C,如,三相电动机,1.,三相负载,负载的分类,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,三相负载的联接,三相负载也有,Y,和, 两种接法，至于采用哪种方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。,三相负载连接原则,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,（,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。,2.,负载星形联结的三相电路,线电流：,流过端线的电流,结论：,负载,Y,联,结时，线电,流等于相电,流。,(1),联结形式,N,+,+,+,N,电源中性点,N,负载中性点,N,Z,B,Z,A,Z,C,相电流：,流过每相负载的电流,中线电流：,流过中线的电流,(2),负载,Y,联结三相电路的计算,2),负载的相电压电源相电压,3),线电流相电流,负载,Y,联结带中性线时,将各相分别看作单相电路计算,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,中线电流不为零时，中线不能去掉，此时的电路称为,三相四线制,1),中线电流,所以负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,(3),对称负载,Y,联结三相电路的计算,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。,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,Y:,三相三线制,Y:,三相三线制（负载对称无中线）,Y,0,：,三相四线制,（负载不对称有中线）,故三相电路的连接方法有以下两种：,N,+,+,+,N,R,A,R,B,R,C,A,C,B,例,1,：,（,1,）若,R,A,=,R,B,=,R,C,= 5,，求线电流及中性,（,2,）若,R,A,=5, ,R,B,=10, ,R,C,=20, ,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,电灯组，,线电流,I,N,;,求线电流及中性线电流,I,N,。,所以中性线电流,由 三相对称,N,+,+,+,N,R,A,R,B,R,C,A,C,B,已知：,(1),线电流,所以：,解：,（,1,）若,R,A,=,R,B,=,R,C,= 5,，求线电流及中性线电,I,N,(2),三相负载不对称（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,）,分别计算,各线电流,中性线电流,由,例,2:,求例,1,电路，负载不对称时，中性线断开时,负载,的相电压及相电流。,（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,， ）,N,N,R,B,R,C,.,R,A,+,+,+,+,+,+,+,N,+,+,+,N,R,A,R,B,R,C,A,C,B,N,N,R,B,R,C,.,R,A,+,+,+,+,+,+,+,解：,由已知,例,2:,求例,1,电路，负载不对称时，中性线断开时,负载,的相电压及相电流。,（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,， ）,例,2:,求例,1,电路，负载不对称时，中性线断开时,负载,的相电压及相电流。,（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,， ）,负载电压,故：不对称三相负载做星形,联结且无中性线时,三相负载,的相电压不对称。,N,N,R,B,R,C,.,R,A,+,+,+,+,+,+,+,结论：,1.,不对称三相负载做星形联结且无中性线时,三相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方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。,中线的作用：,保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。,相电流,例,2:,求例,1,电路，负载不对称时，中性线断开时,负载,的相电压及相电流。,（,R,A,=5,、,R,B,=10,、,R,C,=20,， ）,N,N,R,B,R,C,.,R,A,+,+,+,+,+,+,+,例,3,：照明系统故障分析,(1),中性线未断,: A,相短路时，求各相负载电压；,A,相断路时，求各相负载电压,(2),中性线断开,:,A,相短路时，求各相负载电压；,A,相断路时，求各相负载电压。,在上例中，,若,R,A,=5, ,R,B,=10, ,R,C,=20, ,，,试分析下列情况,解,:,(1),中性线未断,N,R,A,R,C,R,B,A,B,N,C,此时,A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断,.,而,B,相和,C,相未受影响，其相电压仍为,220V,正常工作。,1,),A相短路,2) A,相断路,B,、,C,相灯仍承受,220V,电压,正常工作。,N,R,A,R,C,R,B,A,B,N,C,(a),此情况下，,B,相和,C,相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（,220V),，这是不允许的。,1,) A相短路,此时负载中性点,N,即为,A,因此负载各相电压为,A,B,N,C,N,i,C,i,B,+,+,+,i,A,(2),中性线断开,2) A,相断路,变为单相电路，,如图,(b),所示,由图可求得,I,B,C,U,B,U,C,+,+,(b),N,R,A,R,C,R,B,A,B,N,C,(a),结论,（,1,）不对称负载,Y,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。,（,2,） 中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。,1.,联结形式,5.3,负载三角形联结的三相电路,线电流,:,流过端线的电流,相电流,:,流过每相负载的电流,、 、,+,+,+,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,B,线电流不等于相电流,(2),相电流,(1),负载相电压,=,电源线电压,一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，,负载相电压始终对称,即,2.,分析计算,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,B,+,+,+,相电流：,U,AB,=,U,BC,=,U,CA,负载对称时,相电流对称,相量图,BC,AB,CA,BC,AB,CA,30,负载对称时,相电流对称,B,C,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,B,+,+,+,为此,负载对称时,线电流也对称，即,由相量图可求得,线电流比相应的相电流滞后,30,。,(3),线电流,三相负载的联接原则,负载的额定电压,=,电源的线电压,应作,联结,负载的额定电压,=,电源线电压,应作,Y,联结,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。,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（具有中性线）。,5.4,三相功率,无论负载为,Y,或,联结，每相有功功率都应为,P,p,=,U,p,I,p,cos,p,对称负载,联结时：,同理,对称负载,Y,联结时：,相电压与相,电流的相位差,无论负载为,Y,或,联结，,当负载对称时，,总的有功功率：,P =,3,U,p,I,p,cos,p,所以,正误判断,对称负载,Y,联结,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,对称负载,Y,联结,正误判断,+,Z,B,Z,C,Z,A,N,N,+,+,例,1:,有一三相电动机,额定电压为,220V,，,每相的等效电阻,R,= 29,等效感抗,X,L,=21.8,试求下列两种情况下电动机的,相电流、,线电流,以及从电源,输入的功率,，并比较所得的结果：,(1),绕组联成星形接于,U,L,=380 V,的三相电源上,;,(2),绕组联成三角形接于,U,L,=220 V,的三相电源上。,解,:,(1),(2),例,1:,有一三相电动机,额定电压为,220V,，,每相的等效电阻,R,= 29,等效感抗,X,L,=21.8,试求下列两种情况下电动机的,相电流、,线电流,以及从电源,输入的功率,，并比较所得的结果：,(1),绕组联成星形接于,U,L,=380 V,的三相电源上,;,(2),绕组联成三角形接于,U,L,=220 V,的三相电源上。,比较,(1), (2),的结果,:,当电源线电压为,380 V,时,电动机的绕组应联结成星形；,当电源线电压为,220 V,时,电动机的绕组应联结成三角形。,例,2:,A,B,C,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,如图所示。试求：,各组负载的相电流；,(2),电路线电流；,(3),三相有功功率。,负载星形联接时，其相电流,(,即线电流,),为,负载三角形联解时，其相电流为,例,2:,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,.,试求,:,(1),各组负载的相电流；,由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。,解：,设,(1),求,各组负载的,相电流,:,A,B,C,(2),电路线电流,负载星形联接时，其线电流即为相电流,例,2:,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,。试求：,(2),电路线电流；,则线电流为,负载三角形联解时，其相电流为,(3),三相电路的有功功率,例,2:,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,。试求：,(3),三相有功功率。,三相,对称负载,作三角形联结，,U,l,=220V,，当,S,1,、,S,2,均闭合时，各电流表读数均为,17.3A,，三相功率,P,= 4.5 kW,，试求,: 1),每相负载的电阻和感抗；,2) S,1,合、,S,2,断开时,各电流表读数和有功功率,P,；,3) S,1,断、,S,2,闭合时,各电流表读数和有功功率,P,。,例,3,：,A,Z,CA,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,解：,(1),由已知条件可求得,A,Z,CA,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,(2) S,1,闭合、,S,2,断开时,I,A,=,I,C,= 10A,I,B,=17.32 A,流过电流表,A,、,C,的电流变为相电流,I,P,，流过电流表,B,的电流仍为线电流,I,l,。,因为开关,S,均闭合时,每相有功功率,P,=1.5 kW,当,S,1,合、,S,2,断时，,Z,AB,、,Z,BC,的相电压和相电流不,变，则,P,AB,、,P,BC,不变。,P,=,P,AB,+P,BC,=,3 kW,A,Z,CA,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,I,B,= 0A,(3) S,1,断开、,S,2,闭合时,变为单相电路,Z,AB,Z,BC,Z,CA,A,C,I,1,I,2,I,1,仍为相电流,I,P,，,I,2,变为,1/2,I,P,。,I,2,变为,1/2,I,P,，,所以,AB,、,BC,相的功率变为原来的,1/4,。,P,= 1/4,P,12,+,1/4,P,23,+P,31,=,0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW,A,Z,CA,A,A,S,1,S,2,Z,AB,Z,BC,C,A,B,I,A,=,I,C,=10 A+ 5 A= 15A,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装,60,瓦白炽灯,90,盏,(c,os,1,=1),40,瓦日光灯,210,盏,(cos,2,=,0.5,),，它们的额定电压都是,220V,，由,380V,/,220V,的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线路线电流为多少？,例,4,：,解,:,(1),该照明系统与电网连接图,N,A,B,C,30,盏,+,70,盏,解,: (1),该照明系统与电网连接图,N,A,B,C,30,盏,+,70,盏,(2),计算线电流,U,A,.,V,设,=220 0,例,5,：,如图某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因,？,解,:,(1),本系统供电线路图,三,层,二层,A,B,C,N,+,一层,(2),当,P,处断开时，一层楼的灯仍承受,220V,电压亮度不变，但二、三层楼的灯串联接,380V,电压，所,以,亮度变暗。,(3),因为,三楼灯多于二楼灯即,R,3,R,2,所以三楼灯比,二楼灯暗。,解：,(1),本系统供电线路图,三层,二层,一层,A,B,C,N,+,P,5.4 5.7 5.8 5.15 5.17 5.19,第五章习题,