电路原理：三相电路.ppt

1821年，法拉第发现载流导体在磁场中受力现象，研制出第一台单极直流电机模型；1831年，提出电磁感应定律。,1870年，格拉姆提出了发电机环形闭合电枢绕组的结构，将发电机和电动机的发展合二为一。1871年，麦尔准发明了交流发电机。1876年，亚勃罗契诃夫首次采用交流发电机和开磁路式串联变压器，给他所发明的“电烛”供电，是交流电用于照明系统的开始。1882年，台勃莱兹将米斯巴哈水电站发出的直流电能，通过一条57公里长的输电线送到慕尼黑，证明了远距离输电的可能性。随后提出了旋转磁场的合成方法。1885年，由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电，将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站，再分送到各街区的二级变压器。,1888年，弗拉利斯在意大利科学院提出了“利用交流电来产生电动旋转”的经典论文。同一时期，特斯拉亦独立地从事于旋转磁场的研究和试验，而且和弗拉利斯互不相涉和几乎同时地发明了感应电动机。1889年，多利沃-多勃罗夫斯基提出采用三相制的建议，证明三相交流电也可以产生旋转磁场，同时设计和制造出了第一台三相变压器和三相感应电机。随后在德国、美国推广应用，并在全世界范围内迅速推广。1891年，德国劳芬电厂将三相交流发电机产生的交流电，通过13.8kV输电线路输送，开创了三相交流电大功率、远距离传输的历史。,三相电路的优点：（1）发电方面：比同功率的单相发电机体积小，结构简单，省材料；,三相电机的磁场为圆形，可以自启动；单相电机的磁场为脉振磁场，需要增加电容或电阻以及启动线圈使之形成椭圆形磁场，才能启动。,三相电路的优点：（2）输电方面：在同样条件下输送同样大的功率时，特别是远距离输电时，三相输电线可以节约25%左右的材料，而且电能损耗较单相输电时少；,三相电路的优点：（3）配电方面：三相变压器比单相变压器经济且便于接入负载，并且绝缘安全性能优越。,三相电路的优点：,三相电动机定子绕组中通入三相对称电流，可产生稳定的、具有固定旋转方向的匀速旋转磁场，通过电磁感应作用驱动转子旋转。三相是最少、最可靠的相数。,!,对称三相发电机输出的瞬时功率是恒定的，这样的发电机运行稳定、噪音小；若负载为对称三相电动机，则其产生的转矩也是恒定，可避免振动。,第七章三相电路,基本内容：1.三相电路的基本概念；2.星形联接、三角形联接下的线电压与相电压、线电流与相电流的关系3.对称三相电路的计算方法4.不对称三相电路的计算5.三相电路的功率计算与测量,拓展内容：1.对称三相电路中的高次谐波2.三相电路的故障分析3.输电、配电系统三相接线方式4.接地与安全用电,7.1对称三相电压,特指三个幅值相等、频率相同、初相位互差120o的正弦电压,三相发电机示意图,三相绕组,A-XB-YC-Z,A相,B相,C相,对称三相电压瞬时值表达式：,对称三相电压相量表达式：,A-B-C的相序称为正序，或顺序,A-C-B的相序称为负序，或逆序,7.2三相制的联接法及计算,三相电源的联接,Y（星）形联接,（三角）形联接,三相负载的联接,中点（O、O）（接地后称为零点）,中线（O-O）（中点接地后称为零线）,相线（端线、火线）,相电压：,线电压：,相电流：,线电流：,中线电流：,一、Y-Y形联接,1、Y-Y形三相四线制联接,1）Y-Y形联接时对称相电压与线电压的关系,线电压超前对应相电压30o,例1.对于对称三相电压,设求、,解：,2）电流计算,以O为参考电位，计算,、若负载对称，即,则,电源中点与负载中点重合,三相化单相计算,对称,令,例2如图所示对称三相电路，三相电压源的相电压有效值为300V，负载每相阻抗，线路阻抗，中线阻抗。求各相电流相量及负载端相电压和线电压。,解：,令,则,、若负载不对称,特殊情况,仍采用三相化单相计算,2、Y-Y形三相三线制联接,（1）负载对称,与Y-Y形三相四线制联接对称负载相同,（2）负载不对称,以O为参考电位，计算,例3已知三相对称电源相电压为220V，负载如图所示，R=XL=XC=22。求：1）2）若没有中线，求3）若C相负载短路，在有中线和没有中线两种情况下分别求各项负载所承受的电压和电流；4）若C相负载开路，在有中线和没有中线两种情况下分别求各项负载所承受的电压和电流；,解：,令,1),2)没有中线,3a)C相负载短路，有中线,C相有短路电流,一般在相线上接熔断器，但中线上不接熔断器,3b)C相负载短路，没有中线,4a)C相负载开路，有中线,4b)C相负载开路，无中线,知识要点回顾,Y-Y形三相四线制联接,Y-Y形三相三线制联接,对称三相电源（正序）,对称三相电路分析,不对称三相电路分析,先采用节点分析法计算，再求解其它量。,星形三线制与四线制三相电路对比仿真实验,三相三线,A相断相,二、-形联接,1.Zl=0,Up=Ul,相电流,线电流,先算相电流，再算线电流,负载对称（ZAB=ZBC=ZCA=Zp）,对称,相电流与线电流的关系：,对称,线电流滞后对应相电流30o,2.Zl0,三相电源和三相负载均进行Y变换,线电流,相电流,负载对称（ZAB=ZBC=ZCA=Z）,例1.下图所示三相电路中，对称三相负载作联接，每相阻抗Z=（24+j36），线路电阻为1。ABC三端接至线电压为380V的对称三相电源。求负载各相电流相量和各线电流相量。,解：,令,例2.例1所示电路中，如B线因故断开，求负载各相电流相量和各线电流相量，以及断开处的电压。,解：,令,例3.下图所示对称三相电路中，Z1=Z2=Z3，三个电流表的读数均为10A。断开Z1，求各电流表的读数。,解：,Z1断开前各电流表的读数为线电流,Z1断开后A1、A2的读数为相电流,保持不变，故A3=10,例4.下图表示一线电压为380V，同时接有星形和三角形负载的对称三相电路，试求输电线上的电流。,解1：,解2：Y,例5下图表示一线电压为380V，同时接有星形和三角形负载的对称三相电路，分别求输电线上的电流、两组负载的相电流。,三、Y-形联接,四、-Y形联接,7-5三相电路中的功率,不对称三相电路,对称三相电路,对于Y形联接对称三相电路,对于形联接对称三相电路,例1.下图所示对称三相电路中，已知第一组负载R1=110，额定电压为380/220V；第二组负载为对称感性负载，其功率P=5.28kW，功率因数为0.8，额定电压也是380/220V。线路阻抗Zl=1+j2。求这两组负载额定运行时，电源端的线电压。,解：对于第二组负载,取A相计算，令,故：,例2.一台三相电动机的额定相电压为380V，作三角形联接时，额定线电流为19A，额定功率为10kW。(1)求这台电动机的功率因数及每相阻抗，并求其在额定工作状态下所吸收的无功功率；(2)如果把这台电动机改接成星形(假定每相阻抗不变)，仍然联接到线电压为380V的对称三相电源上，则线电流及电动机吸收的功率将如何改变？,解：（1）,（2）,电动机吸收的功率,作星形联接时的功率等于作三角形联接时功率的三分之一,作星形联接时的线电流为作三角形联接时线电流的三分之一,三相功率的测量,对于三相四线制电路，对称三相用一瓦计法（P=3PA），不对称用三瓦计法（P=PA+PB+PC）,对于三相三线制，不管对称与否均用二瓦计法,一个表的读数无意义,条件：,课堂练习：,下图表示一同时接有三角形和星形负载的对称三相电路，令，试求电流电源发出的功率，以及各组负载消耗的功率。,已知：,解：对于线路阻抗,对于第二组负载,对于第一组负载,电源发出的功率为：,第一组负载吸收的的功率为：,第二组负载吸收的的功率为：,*86对称三相电路中的高次谐波,一、非正弦对称三相电压,三相非正弦周期电压的波形相同，但在时间上依次滞后T/3周期。,二、傅里叶级数展开,由于三相发电机具有对称结构，所产生的电压属奇谐波函数，仅含有奇次谐波。,当n1时，,当n7、13、6k+1时，,形成一组正序谐波,当n3时，,当n9、15、6k+3时，,形成一组零序谐波,当n5时，,当n11、17、6k+5时，,形成一组负序谐波,正序谐波,零序谐波,负序谐波,三、电路分析（注：三相对称电路）,1.Y-Y三相四线制联接电路,正序组分量零序组分量负序组分量,线电压中无零序谐波,相电压有效值,线电压有效值,电路求解思路：正序、零序、负序分量可取一相计算，推出其余两相,中线电流：,2.Y-Y三相三线制联接电路,中点电压即电源零序谐波，负载中不含零序谐波电流，也不含零序相电压和线电压,就负载而言,电源的各正序组和负序组相电压对称,电路求解思路：正序、负序分量可取一相计算，推出其余两相,3.三相电源联接,各正序谐波及