电路分析基础-三相电路.ppt

第7章三相电路 7 2三相电源的连接 7 1三相交流电的基本概念 7 3三相负载的连接 7 4三相电路的功率 本章教学目的及要求 熟悉三相电路的两种接线方式 掌握三相电路中电压 电流的相值与线值之间的大小和相位关系 熟悉三相电路对称与不对称情况下的分析计算方法 掌握三相电路中各种功率关系 进一步理解相量法并掌握其在三相电路中的应用 7 1三相交流电的基本概念 现代电力工程上几乎都采用三相四线制 三相交流供电系统在发电 输电和配电方面具有很多优点 因此在生产和生活中得到了极其广泛的应用 X B Y C Z A 三相定子绕组在空间位置互差120o 定子 转子 转子装有磁极以 的角速度旋转时 定子三相绕组中便分别感应电动势 三相交流发电机示意图 尾端 XYZ 首端 ABC 电路分析中很少用电动势 通常用电压来表示 以A相绕组的感应电压为参考正弦量 则发电机的三相感应电压分别为 三相感应电压用波形图和相量图可分别表示为 显然三个电压大小相等 频率相同 相位互差120 我们把三个最大值相等 角频率相同 彼此相位互差120 电角度的单相正弦量称为对称三相交流电 发电机感应的对称三相交流电压用相量可表示为 由对称三相电压的波形图和相量图可看出 对称三相交流电在相位上的先后顺序称为相序 我们把相序A B C称为正序或顺序 把C B A称为负序或逆序 电力系统中通常采用正序 7 2三相电源的连接 学习目标 了解三相电源两种连接方式的特点 熟悉两种连接方式下线 相电压的关系及三相四线制 7 2 1三相电源的Y形连接 下图所示电源的连接方式称为星形连接 或记为 Y 接 其中由电源绕组尾端公共连接点引出的导线称为中线 零线 由电源绕组首端引出的导线称为相线 火线 图中电源绕组首端指向尾端的电压称为相电压 即火线与零线之间的电压 火线与火线之间的电压称为线电压 电源绕组这样连接后向外电路供电的方式称为三相四线制 从连接图中可以看出 电源作Y型三相四线制向外供电时 可以向负载提供两种电压 火线与零线之间的电压 相电压和火线与火线之间的电压 线电压 那么这两种电压存在着什么样的关系呢 我们以相量图进行分析 三个电源相电压总是对称的 而三线电压与相电压之间的关系为 显然三个线电压也是对称的 由相量图可以定量地分析出相 线电压之间的关系为 显然 线电压在数量上是与其相对应的相电压的1 732倍 在相位上超前相电压30 电角 线电压与相电压的通用关系表达式 工农业生产和日常生活中 多数用户使用的电压等级通常是 7 2 2三相电源的 形连接 下图所示电源的连接方式称为三角形连接 或记为 接 三相电源绕组首尾相连组成一个闭环 在三个连接点处向外引出三根火线 即构成 连接 显然 电源绕组 接时总有 线电压等于相电压 只能向外电路提供一种电压 实际电源连成 接时 由于三相电源绕组的感应电压对称 所以电源回路内部无电流 但若有一相接反时 就会在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电源绕组 因此 实际三相电源绕组作 接时 为确保无误 一般要先把3个电源绕组留一个开口 开口处连接一个阻抗极大的电压表 当电压表读数为零时说明连接无误 这时才能将开口合拢 数量上线电压是相电压的1 732倍 在相位上超前线电压超前与其相对应的相电压30 验电笔的正确握法如下图示 你能说出对称三相交流电的特征吗 你会做吗 三相四线制供电体制中 你能说出线 相电压之间的数量关系及相位关系吗 电笔头与被测导线接触时 使氖管发光的是火线 或端线 不发光的是零线 三个最大值相等 角频率相同 相位上互差120 电角的单相正弦交流电 7 3三相负载的连接 学习目标 了解对称和不对称三相负载的概念 掌握两种连接方式下电路分析的特点 理解两种连接方式下线 相电压 线相电流的关系及中线的作用 7 3 1三相负载的Y形连接 下图所示为电源和负载均为 Y 接的三相电路 对称三相电源绕组的相电压 Y接三相负载阻抗 输电线阻抗 负载端线电压 负载端相电压 线电流 对称三相负载的条件 即三相负载阻抗的模值和幅角均相等 对称Y形连接三相电路的分析与计算 电源相电压 火线上通过的电流称为线电流 负载中通过的电流称为相电流 中线电流 Y接电路特点 相电流等于线电流 中线电流 三相电路若输电线上阻抗不能忽略时 存在中点电压uN N 根据弥尔曼定理可得其相量计算式为 由于三相电路对称 所以式中分子为零 因此中点电压为零 即 此时各相负载中通过的电流 显然三个相 线 电流也对称 因此中线电流 从电流的观点来看 三相电路对称时中线相当于开路 因此 在对称三相电路中 中线的有 无对电路无影响 电源线电压为380V 对称负载Y接 Z 3 j4 求 各相负载中的电流及中线电流 设 根据对称关系可得 由此例可得 对称三相电路的计算可归结为一相电路计算 其它两相根据对称关系可直接写出 例 解 根据对称关系 有 对称Y接三相电路计算原则 1 由于三相电路对称 因此各相负载的端电压和电流也是对称的 三相电路的计算可归结为一相进行 2 根据电路给定条件确定参考相量 一般选A相电压 3 应用单相电路的分析方法求出A相电路的待求量 4 根据对称关系写出其它两相的待求量 5 在一相电路计算中 中线阻抗不起作用 N和N 之间等电位 用一根短接线连接 参看课本103页例7 1 Y形不对称三相电路的分析与计算 Y形不对称三相电路的分析与计算分两种情况进行 1 无中线情况 若三相电路不对称 作Y形连接且又无中线时 电路如下图所示 由相量图分析可知 三相负载不对称时且无中线时 中点电压不再为零 这一现象称为中点偏移 中点发生偏移时 各相负载端电压严重不对称 N N 图示电路为不对称三相负载Y接 试分析 1 当ZN 0 2 ZN 3 j4 3 ZN 时的线电流情况 1 当ZN 0且ZL 0时 例 分析 这种情况下 负载电流不对称 但各相独立 互不影响 由于ZN 0 所以 2 当ZN 3 j4时 中点电压不等于零 分析 这种情况下 负载端电压 负载中通过的电流均不对称 互相牵制 相互影响 3 当ZN 时 中线开路 IN 0 分析 这种情况下 负载中性点漂移 各相电压不对称 负载中通过的电流也不对称 互相牵制 相互影响 电源对称而负载不对称的三相四线制系统的特点 1 ZN 0 负载电流不对称 但各相独立 互不影响 2 ZN 0 负载电压 电流不对称 各相牵制 彼此影响 3 无中线时 负载中点发生较大偏移 造成各相负载端电压严重不平衡 且各相牵制 彼此影响 显然 三相电路不对称且又无中线时中点电压不再为零 若中点电压较大时 将造成有的负载相电压过低不能正常工作 有的负载相电压过高甚至烧损电器 各相负载由于端电压不平衡均不能正常工作 正确接法 每组灯相互并联 然后分别接至各相电压上 设电源电压为 当有中线时 每组灯的数量可以相等也可以不等 但每盏灯上都可得到额定的工作电压220V 若三相不对称 能否去掉中线 三相不对称电路应用实例 照明电路 如果三相照明电路的中线因故断开 当发生一相灯负载全部开路或一相短路时 电路会出现什么情况 如果中线断开 且A相又发生短路 此时B C两相都会与短接线构成通路 因此两相的端电压均为线电压380V 这种情况下B C相将因过电压而烧损 由此可得 中线的作用是使Y接不对称三相负载的端电压保持对称 三相四线制Y接电路中 中线不允许断开 如果中线断开 且A相灯负载又全部开路 此时B C两相构成串联 其端电压为电源线电压380V 若B C相对称 各相端电压为190V 均低于额定值220V而不能正常工作 若B C相不对称 则负载大 电阻小 的一相分压少而不能正常发光 负载小 电阻大 的一相分压多则易烧损 分析 关于中线 零线 的有关结论 由上例分析可得 负载不对称且又无中线时 负载上将得到大小不等的电压 有的超过用电设备的额定电压 有的达不到额定电压 各相负载均不能正常工作 对于象照明电路这类三相不对称电路而言 实际应用中各相负载不能保证完全对称 所以必须采用三相四线制供电 而且必须保证中线 零线 可靠 前面分析可知 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 因此 为确保中线 零线 在运行中安全可靠不断开 中线上不允许接保险丝和开关 参看课本105页例7 3题 7 3 2三相负载的 形连接 下图所示为电源 Y 接 负载为 形连接的对称三相电路 线电流 相电流 由于三相电路对称 所以三个相电流和三个线电流必然都是对称的 设 对A B C 三个结点分别列写KCL方程可得 由相量图分析可得 三相线电流也是对称的 在数量上是对应相电流的1 732倍 在相位上滞后对应相电流30 电角 如果分析计算对称三相 接电路时 也用三相归结为一相的方法 应首先把 接负载变换成Y接负载后才能进行 其中 对称三相负载 接时 只要将负载等效为Y接 其分析计算方法就可以依据前面所述进行 参看例7 4 7 4三相电路的功率 负载对称时 三相总有功功率 星形接法时 又有 三角形接法时 在三相负载对称条件下 三相电路的功率 注意有功功率的单位是瓦特 W 无功功率的单位是乏尔 var 视在功率的单位是伏安 VA 三相电路不对称时 三相电路的功率 对称三相电路的瞬时功率是一个常量 即 显然三相不对称时 各相功率应单独计算然后进行叠加 三相电路应注意的事项 1 三相电源一般都是对称的 而且大多采用三相四线制供电方式 2 三相负载有星形和三角形两种连接方式 其中Y形连接且负载对称时 形连接负载对称时 3 负载不对称时 各相电压 电流应单独计算 4 三相电路的计算特别要注意相位问题 5 求电表读数时 可只算有效值 不算相位 6 三相三线制电路无论对称与否 其总有功功率均可采用二瓦计法进行测量 如何用两个瓦特表测三相电路的功