三相交流电路.ppt

2019年11月13日星期三,目前，普遍应用的是三相交流电，这是由于三相交流电与单相交流电相比具有许多优点：如远距离输送电能较经济，节约导线的使用量，降低电能损耗；三相电机可制造的容量较大，运行特性好；三相电动机特别是笼型电动机，转动平稳、结构简单、维护方便、噪声小。,2019年11月13日星期三,一、对称三相交流电路,三相交流电是由交流发电机产生的。三相交流电源的特点是，三相电动势幅值相等，频率相同，初始相位依次相差1200，分别用符号eu、ev、ew表示。这样的三相交流电源称为对称三相电源。,在三相电路中，有三相电源供电的负载称为三相负载。三相负载又可以分为两类：,2019年11月13日星期三,另一类只需要有单相电源供电，如照明负载、家用电器等。为了使三相电源均衡供电，单相负载也要平均分配接在三相电源上，这类负载称不对称负载。,一类负载只能有三相电源供电，如三相电动机，它具有对称的三相绕组。这类负载的特点是三相负载的阻抗角及数值均相同，故称为三相对称负载；,2019年11月13日星期三,由对称三相电源和对称负载组成的电路，称对称三相交流电路。当负载对称时，流过负载的三相电流是对称的，即同样有幅值相等、频率相同、初相位依次相差1200的特性。,2019年11月13日星期三,1、对称三相交流电的表示法,对称三相电动势的数学表达式为,（1-49）,（1-50）,（1-51）,对称三相交流电动势的波形图和相量图如图所示：,2019年11月13日星期三,对称三相交流电动势波形图,1200,1200,1200,相量图,2019年11月13日星期三,2、对称三相交流电的相序,在三相交流电路中，三相交流电压出现正幅值（或相应零值）的顺序称为相序。如上图所示三相电动势的相序是u-v-w称为正序，如将任意两相对调即成负序。交流电动机首次通电若发生反转，说明相序反了。只要将任意两根电源对调，就可使电动机正转。在发电厂和变电所、配电室中，对相序要求十分严格，必须保持一致，u、v、w三相母线分别涂以黄（u）、绿（v）、红（w）色，以示区别。,2019年11月13日星期三,1、三相电源星形连接,二、三相电源连接,星形连接是将三相绕组的末端连成一点，从各相首端引出导线接到负载上去，又叫y连接。三相绕组末端所连成的公共点叫电源的中性点，用n表示。从中性线引出导线叫中性线，当中性线接地时称为零线，又叫地线。从各相首端引出的导线叫相线，俗称火线。,2019年11月13日星期三,通过三条相线和由电源中性点引出的中性线向负载供电的方式，称为三相四线供电方式；不引出中性线的三相供电方式叫三相三线制，一般用于高压输电系统。,相电压：相线和中性线之间的电压线电压：两相线之间的电压。,电动势方向：从绕组尾端到首端,相电压方向：从绕组首端到尾端,2019年11月13日星期三,2019年11月13日星期三,通过三条相线和由电源中性点引出的中性线向负载供电的方式，称为三相四线供电方式，如图所示。从中性线引出导线叫中性线，当中性线接地时称为零线，又叫地线。从各相首端引出的导线叫相线，俗称火线。三相四线供电电源，可以给负载提供两种电压，相电压与线电压。,三相三线制供电电源的电压，是相间电压又称线电压，用符号ul（有效值）表示。,2019年11月13日星期三,三相四线供电电路,2019年11月13日星期三,相电压是指相线对中性线（n线）之间的电压，用uu、uv、uw表示，有效值用符号up表示。电压方向由相线指向中线。,线电压是指相线与相线之间的电压，用uuv、uvw、uwu表示，有效值用符号ul表示。线电压与相电压的关系为,2019年11月13日星期三,对于既有三相负载，又有单相负载的用电系统应采用三相四线制供电方式。,在数值上，线电压等于相电压的 倍。相位上，线电压超前相电压300。,2019年11月13日星期三,2、三相电源三角形连接,三相电源采用三角形连接时，依次将绕组首尾相连构成闭合回路，在从首端引出导线（相线）接至负荷。这种连接的供电方式只能是三相三线制，线电压等于相电压，即,2019年11月13日星期三,线电压等于相电压:,2019年11月13日星期三,对于三相对称电源来说，当绕组接成三角形时，因三相电动势的相量和为零，所以在回路中不会产生环流。若有一相头尾接错，则会引起闭合回路的总电动势为一相电动势的2倍，巨大的环流可使绕组烧坏。故接线时，应先正确判定各绕组的首尾端。,三相电动机和三相变压器绕组可接成星形或三角形，而发电机一般都接成星形。,2019年11月13日星期三,3、三相五线制供电方式,电源采用星形连接法，由三条相线和电源中性点的中性线（n线）及保护线（pe线）五条导线向负载供电的方式，称为三相五线制供电。,2019年11月13日星期三,三、三相负荷的连接方式,1、负荷连接的原则,电力系统负荷，按用电设备的电路不同，可分为单相负荷（如电灯、电视机）和三相负荷（如三相电动机）两种。,三相对称负荷：各相负荷的阻抗和阻抗角都相同,2019年11月13日星期三,三相负荷连接方式：,当负荷的额定电压等于电源额定的相电压时，负荷接成星形；,对于单相负荷也是根据它的额定电压应等于电源电压的原则确定应接入相电压还是线电压。单相负荷应尽量均匀地分配在三相上，使三相电源上分配的负荷尽量平衡。,当额定电压等于电源的线电压时，应接成三角形。,2019年11月13日星期三,2、三相负荷的星形连接,下图为三组单相负荷与三相四线制供电电源的接线图，图中三个负载zu、zv、zw分别接在端线与中线之间，这就是负载的星形连接。,2019年11月13日星期三,在负荷星形连接的电路中，每条端线中的电流称为线电流，中线中的电流称中线电流，电流的方向如图中iu、iv、iw和in所示。,负荷中的电流称相电流,2019年11月13日星期三,负荷为星形连接时，如果三相负载zu、zv、zw阻抗角及数值均相等，即接入的负荷为对称三相负载，则流过每相负载的相电流分别为：,由上式可知，在对称的三相电源电压作用下，三相电流也是对称的。,2019年11月13日星期三,对星形连接的负荷而言，流过每条端线中的电流il等于流过每相负荷的电流ip，即线电流等于相电流。记为,（1-53）,在对称系统中的三相四线制中，可用相量法求得中性线电流为：,2019年11月13日星期三,在对称三相电路中，电源中性点n和负荷中性中性点n没有电位差，切断中性线对电路没有影响，这时的供电方式也可改为三相三线制，计算电压、电流的方法与三线四线制相同。,当三相负荷不对称时，由于存在中性线使三相各成一个独立回路，每相负荷接通对应的电源相电压，从而能保证负荷正常工作，但这时中性线电流不为零。,2019年11月13日星期三,如果中性线一但断开，虽然三相电源的电压仍对称，但负荷中性点对电源中性点发生了移位，各相负荷所得到的相电压不再对称，负荷大的相所得到的电压将低于额定电压，负荷小的相则超过额定电压，使负荷的正常工作受到影响。严重不平衡时可能造成事故，烧毁用电设备。因此当负荷为星形接法，特别是在负荷不平衡时，一定要加中性线，并不允许在中性线上装设单独的开关和熔断丝，以防中性线断开。,2019年11月13日星期三,3、三相负荷三角形连接,三相负荷采用三角形连接时，三个负载zu、zv、zw分别接在两个端线之间，如下图所示。这就是负荷的三角形连接。,负荷三角形连接时，线电流不等于相电流，线电流等于两个相邻相量差，如下图所示。,2019年11月13日星期三,通过电路可见，线电压等于相电压，即,（1-54）,2019年11月13日星期三,电路中有三个结点，根据电流定律可得到以下相量关系式,式中， 为线电流， 为相电流。若负载为对称的三相负载，线电流与相电流的相量关系如图所示。通过相量图可得：,2019年11月13日星期三,以上分析可知，在对称负载三角形连接的三相电路中，线电流在数值上等于相电流的 倍。在相位上，线电流滞后相电流300。,四、三相负载功率计算,三相负载接在三相电源上，无论负载接成星形还是三角形，每相负载的有功功率、无功功率、视在功率都和单相电路功率的计算方法一样。,2019年11月13日星期三,在三相电路中，负载消耗的总功率为各相有功功率之和，三相对称负载的有功功率为：,u相功率,2019年11月13日星期三,在实际工作中，测量电路线电压和线电流较为方便，因此计算功率时一般采用线电压和线电流。,2019年11月13日星期三,（1）当对称负载作星形连接时的三相功率,2019年11月13日星期三,（2）当对称负载作三角形连接时的三相功率,2019年11月13日星期三,三相无功功率,视在功率,三相有功功率,三相电路的功率的计算：,2019年11月13日星期三,五、三相不对称电路,最常见的不对称电路是单相照明电路。在三相四线供电系统中，电源的中性线采取了工作接地的措施，这使得中性点的电位保持零电位，常称为零点，从零点引向负载中点的线路，称为中性线。,2019年11月13日星期三,单相照明电路，设计时已考虑了三相负载均衡的问题，尽量使三相容量相同。尽管如此，由于照明的使用时间不同，所以三相的负载总是不对称的。,另一种情况是，线路运行中出现了短路故障，如单相短路（称为不对称短路）仍然会造成三相的不对称。采用tn供电系统可以使不对称的三相负载仍然得到对称的三相电压，只有中性线（n线）可靠，即便三相负载不对称，也能正常工作。,2019年11月13日星期三,但是，如果tn供电系统中，n线断线或接触不良，在三相负载不对称的条件下，则产生中性点位移，使得三相电压不对称，如图所示。,2019年11月13日星期三,2019年11月13日星期三,通过实际测量，u相的负载电流小，负载端电压明显高于电源电压，这时三相负载的中性点“n”的电位就不等于电源的中性点电位，各相电灯两端的相电压就不对称，该相的灯泡比正常亮，这样会影响灯泡的寿命，以致烧毁。,2019年11月13日星期三,如果v相、w相负载电流大，这时两相负载的端电压明显低于电源电压，灯泡不能正常发光。,可见，在v、w两相的负载相等时，该两相灯泡的端电压为二分之一的线电压（190v）。,2019年11月13日星期三,采用三相四线制电路就不会发生这些现象，因为在三相四线制中，各相负载两端的电压就等于相电压，与各相负载的变化没关系。也就是说，负载中性点“n”的电位与电源中性点电位