三相交流电路

1、第六节第六节 三相交流电路三相交流电路 目前电力工程上普遍采用目前电力工程上普遍采用。 三相交流电路是由三个幅值相等、频率相同三相交流电路是由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为（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电角度的单相交流电动势组成的电路。电角度的单相交流电动势组成的电路。 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。 另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，因而复杂交流电路，因而前面讨论的交流电路的一般规前面讨论的交流电路的一般规律和

2、计算方法，在此仍然适用。律和计算方法，在此仍然适用。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。如果以同样电压将同样大小的如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样距离，三相输电线比单相输电线功率输送到同样距离，三相输电线比单相输电线节省材料。节省材料。 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。（是固定的，亦称（是固定的，亦称）：定子铁心内圆周表面）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相

3、电枢绕组。有槽，放入三相电枢绕组。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）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。+AXBYZCXYZAB+SNC铁心绕组AX+SN+SN+SN+SN+SN+SN+SN三相电源的产生三相电源的产生2、相量形式、相量形式tUu sinmA )120sin(mB tUu )120sin()240sin(mmC tUtUu oC120UU oB120 UUoA0UU 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

4、正弦量。正弦量。对称正弦量对称正弦量特点特点为为：0 CBAUUU120UAUCUB120120三相电压相量图三相电压相量图0 CBAuuuuAuBuCu4、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。 上述三相电源的相序为上述三相电源的相序为ABC（U、V、W)。在在电力系统中一般用电力系统中一般用区别区别A、B、C 三相。三相。UmUm t02 uAuCuB二、三相电源二、三相电源1、星形联接、星形联接N中性点中性点或零点或零点NABC 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

5、作为与外电路相联接的端点。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（Y)。XYZCBA、AUBUCUABUBCUCAU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相电压相电压：相：相线与零线之间线与零线之间的电压的电压线电压：线电压：相相线之间的电压线之间的电压火线火线(相线）相线）中性线或零线中性线或零线火线火线(相线）相线）火线火线(相线）相线）架空线路架空线路架空线路架空线路防震锤防震锤避雷线避雷线绝缘子绝缘子杆塔杆塔线夹线夹基础基础接地装置接地装置电缆线路电缆线路目前我国主要有：目前我国主要有：七大

6、电力网。七大电力网。N中性点中性点或零点或零点NABCAUBUCUABUBCUCAU火线火线(相线）相线）中性线或零线中性线或零线火线火线(相线）相线）火线火线(相线）相线）线电压线电压相电压相电压根据根据KVL：BAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 线电压是两个相应的相电压之差。线电压是两个相应的相电压之差。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:UAUCUBABU30o30o30oBCUCAU 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:lUp3UUl oAAB

7、303 UUoBBC303 UUoCCA303 UUBAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 2. 三角三角形联结形联结 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(）。）。pUUl AABUU BBCUU CCAUU 根据KVL可得,UAB+UBC+UCA=0 EAB+EBC+ECA=0 因此，当电源的三相绕组采用三角形连接时，在绕组内部不会有环流产生。ABCCBAUABUBCUCA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： 一类一类是需要接在三相电源上才能正常工作的是需要接在三相电源上

8、才能正常工作的叫做叫做三相负载三相负载,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为对称负载，如相等，则为对称负载，如。 另一类另一类是只需是只需接单相电源的负载接单相电源的负载，它们可以按，它们可以按照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上。照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上。对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的阻抗对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的阻抗一般不相等，所以不是三相对称负载，称为三相不一般不相等，所以不是三相对称负载，称为三相不对称负载。如对称负载。如三、三相负载三、三相负载iBiCiNiAN AZBZCZ负载中电流负载中电流

9、:(略去线路阻抗略去线路阻抗) 0AUU 120BUU 120CUUAAAZUI BBBZUI CCZUI C 中性线中的电流为中性线中的电流为:CBANIIII 若负载对称，即若负载对称，即 ZZZZCBAUAUCUBICIAIB 对称负载相量图对称负载相量图0CBAN IIII例如：三相例如：三相交流电动机交流电动机ABCAUBUCUNACBNZZZ线电压线电压UL：两根相线（火线）之间的电压；相电压相电压UP: 一根相线与中性点之间的电压；线电流线电流IL：流过每根相线上的电流;相电流相电流IP: 流过每相负载中的电流。（1）几个概念）几个概念（2）负载采用三相四线制连接的特点：）负载采

10、用三相四线制连接的特点：1）相电流等于线电流，即IP=IL；2）加在负载上的相电压UP和线电压UL之间有如下关系；UL= UP3） 若负载为三项对称电感性负载，则中性线电流为零。3CBANIIII 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, 故可将中线除去故可将中线除去, 而成而成为三相三线制系统。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, 此此时中线是不能被除去的时中线是不能被除去的, 否则会造成负载上三相电压严重不对否则会造成负载上三相电压严重不对称称, 使用电设备不能正常工作。使用电设备不能正常工

11、作。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不同的提供两种不同的电压电压, 同时又为星形联接的不对称负载提供对称的同时又为星形联接的不对称负载提供对称的 220 V相相电压。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, 在中线的干线上是在中线的干线上是的的, 而且要用具有足够机械强度的导线而且要用具有足够机械强度的导线作中线。作中线。例题：例题：P42 例例2-8 例题：例题：图中电源电压对称，图中电源电压对称，线电压线电压U=380 V ，负载为，负载为 电灯组，电灯组，每相电灯（额定电压每相电灯（额定电压

12、220V）负载的电阻）负载的电阻400 。试计算：。试计算：(1) 求负载相电压、相电流；求负载相电压、相电流；(2) 如果如果A相断开相断开时，求其他两相负载相电压、相电流；时，求其他两相负载相电压、相电流；(3) 如果如果A相短路相短路时，求其他两相负载相电压、相电流；时，求其他两相负载相电压、相电流；(4) 如果采用了三相四线制，当如果采用了三相四线制，当1相断开、短路时，求其他两相断开、短路时，求其他两相负载相电压、相电流。相负载相电压、相电流。AU CU iBiCiAN AZBZCZABCAUBUCUNBU 解：解：（1） 负载对负载对称时，可以不接中称时，可以不接中线，负载的相电压

13、线，负载的相电压与电与电 源源 的相电压的相电压相等（在额定电压相等（在额定电压下工作）。下工作）。V2203380CBA UUUA55. 0400220CBA IIIAU CU iBiCiAN AZBZCZABCAUBUCUNBU (2) 如果如果A相断开相断开时，其他两相负载相电压、相电流：时，其他两相负载相电压、相电流：串联）串联）V(1902380 CBUU0A I灯暗）灯暗）A(475. 0400190CB II(3) 如果如果A短路短路时，其时，其他两相负载相电压、相他两相负载相电压、相电流：电流：线电压）线电压）V(380 CBUU灯亮）灯亮）A(95. 0400380CB II

14、 超过了灯的额定电压，灯将被损坏。超过了灯的额定电压，灯将被损坏。(4) 如果采用了三相四线制，当如果采用了三相四线制，当1相断开、短路时其他两相负载相电压、相断开、短路时其他两相负载相电压、相电流。相电流。 因有中线，其余两相未受影响，电压仍为因有中线，其余两相未受影响，电压仍为220V。 但但A相短路时电流很大，会将熔断器熔断。相短路时电流很大，会将熔断器熔断。2、负载的三角形联接、负载的三角形联接若忽略端线阻抗（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： uUV uVWuWU iWVWiV+iWUiVWiUViU+U UVZVWZWUZ(2) 负载线、相电流之

15、间的关系负载线、相电流之间的关系线电压、相电压对应相等线电压、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：UVUVUVZUIpWUVWUVUUUUUlVWVWVWZUIWUWUWUZUI若负载若负载对称对称，即，即ZZZZWUVWUVWUVWUVZUIIIIppWUVWUVRXarctanWUVWUV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IUIVIWIWUIUVIVW 根据基尔霍夫电流定律，显然三个线电流根据基尔霍夫电流定律，显然三个线电流也对称，若有效值用也对称，若有效值用Il表示，则有表示，则有IU=

16、 IV= IW= Il，且且 ；相位上，线电流相位上，线电流滞后滞后相应的相相应的相电流电流30o 。 P3IIlUUVUWUUVW uVWuWU iWVWiV+iWUiVWiUViU+U UVZVWZWUZuUV (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 , 且且滞后于相应的相滞后于相应的相电流电流30。 3PII31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。

17、UIVIWIUVIVWIWUI0120030相量图相量图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。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 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,然后分然后分别接至各相电别接至各相电压上。设电源压上

18、。设电源电压为：电压为：V220380PlUU则每盏灯上都可则每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V。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开关和保险开关和保险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？ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼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380V。A相断开后，相断开后，B、C 两相两相串联，电压串联，电压UBC （380V）加在加在B、C负载上。如果负载上。如果两相负载对称，

19、则每相负两相负载对称，则每相负载上的电压为载上的电压为190V。问题问题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 ）结果如何？）结果如何？结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，结果：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；

20、三楼的灯不亮。ACBR2R3V 76380513RUV 304380542RU分析分析关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大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，有的超过用电设备的额定电压，有的小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，达不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。相三相制供电，而且必须保证零线可靠。 中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到中线的作用在于，使星形连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，其上相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。不允许接保险丝也不允许接刀闸。 负载对称时：负载对称时：cos3ppIUP 四、三相电路的功率四、三相电路的功率CBAPPPP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 3plplIIUU星形接法时：星形接法时： 3 plplIIUU三角形接法时：三角形接法时：cos3llIUP 三相电路的功率三相电路的功率llllllIUSI