三相交流电PPT课件

.,1,三相交流电路,概述：目前电力工程上普遍采用三相制供电。由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为50HZ)彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的供电系统。前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因而称单相交流电路。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，因而前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法，在此仍然适用。,.,2,三相制供电比单相制供电优越,在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。,在输电方面：如果以相同电压将相同大小的功率输送到相同距离，三相输电线比单相输电线节省材料。,在用电设备方面：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。,因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。,.,3,1.三相交流发电机主要组成部分：,电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面有槽，放入三相电枢绕组。,磁极,三相绕组,n,单相绕组,（是转动的，亦称转子）,三相绕组的三相电动势幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120。,+,+,+,铁心,绕组,A,X,任务1三相电源与三相负载,三相交流电动势的产生,.,4,三相对称电动势的产生,.,5,由于电机结构的原因,这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120。可将其表示为：,2.相量形式,.,6,3.对称正弦量幅值相等,频率相同,相位互相差120的正弦量。,对称正弦量特点为：,120,120,120,三相电压相量图,.,7,4.正弦量的相序,三相交流电在相位上的先后次序称为相序。,上述的三相电源的相序为ABC。在电力系统中一般用黄、绿、红区别A、B、C三相。,顺序：相序为ABC。逆序：相序为ACB。,三相发电机中各绕组电动势到达幅值（或零值）的先后次序。,.,8,三相电源的联接1.星形联接,N,中点或零点,把发电机三相绕组的末端接成一点。而把始端作为与外电路相联接的端点。这种联接方式称为电源的星形联结。,火线,中线或零线,火线,火线,线电压,相电压,目前，我国供电系统线电压380V，相电压220V。,三相四线制,.,9,N,中点或零点,火线,中线或零线,火线,火线,线电压,相电压,根据KVL：,.,10,各线电压与相电压之间的关系为:,三相电源各电压间的相量关系,线电压的有效值用表示,相电压的有效值用Up表示。由相量图可知它们的关系为:,.,11,2.形联结,发电机三相绕组依次首尾相联，引出三条线，称为三角形联结。,.,12,如果三相电源电动势对称，则三相电压的相量和为零，即：,如果将某一相绕组接反，三角形回路中的总电压为：,对称,.,13,交流电路中的用电设备，大体可分为两类：一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三相负载,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为对称负载，如三相电动机。另一类是只需接单相电源的负载，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。对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的复阻抗一般不相等，所以不是三相对称负载。如照明灯。,三相负载的联接,.,14,1.Y形联结,N,负载中电流:(略线路阻抗),中性线中的电流为:,若负载对称，即,对称负载相量图,对称负载可以去掉中线。,三相交流电动机,.,15,如果三相负载对称,中线中无电流,故可将中线除去,而成为三相三线制系统。但是如果三相负载不对称,中线上就会有电流IN通过,此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称,使用电设备不能正常工作。,.,16,三相电动势和负载对称，各相电压和电流也都对称。只要某一相电压、电流求得，其他两相就可以根据对称关系直接写出；各相电流仅由各相电压和各相阻抗决定。各相计算具有独立性。三相对称电路计算可归结为一相来计算。,【例1】星形联接的三相负载，每相电阻R=6，感抗XL=8。电源电压对称，设，试求电流。,解:因为负载对称，计算一相即可，现以U相为例。,.,17,在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧。,负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复物，复合后统称“阻抗”，写成数学公式即是：阻抗Z=R+j(XLXC)。其中R为电阻，XL为感抗，XC为容抗。如果(XLXC)0，称为“感性负载”；反之，如果(XLXC)0称为“容性负载”。,.,18,【例2】在如图（a）所示的三相四线制电路中,外加电压UL=380V,试求各相负载电流及中线电流。,解:相电压,选,为参考相量,则:,.,19,中线电流为,中线的作用:中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的电压,同时又为星形联接的不对称负载提供对称的220V相电压。因此,为了保证负载的相电压对称,在中线的干线上是不准接入熔断器和开关的,而且要用具有足够机械强度的导线作中线。,.,20,负载的三角形联接（形）,若忽略端线阻抗（ZL=0）,则电路具有以下关系。,iC,A,B,C,iB,iA,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,(2)负载线、相电流之间的关系,线、相电压对应相等,(1)负载线、相电压之间的关系,各相负载相电流分别为,各相负载的电压与电流相位差分别为,.,21,(2)负载线、相电流之间的关系,根据KCL，负载线、相电流之间的关系为,若负载对称，即,和,则负载相电流也是对称的，即,显然三个线电流也对称，若有效值用Il表示，则有IA=IB=IC=Il，且；相位上，线电流滞后相应的相电流30o。,iC,A,B,C,iB,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,.,22,(3)各线电流由两相邻相电流决定。在对称条件下,线电流是相电流的倍,即,且滞后于相应的相电流30。,由上述可知,在负载为三角形联接时,相电压对称。若某一相负载断开,并不影响其他两相的工作。,相量图,.,23,【例3】如图所示的三相三线制电路中,各相负载的复阻抗Z=(6+j8),外加线电压380V,试求正常工作时负载的相电流和线电流。,式中,每相阻抗为：,则线电流为：,解：由于是对称电路,所以每相相电流为：,.,24,不对称三相电路计算不对称三相电路：三相电源不对称或各相负载阻抗不相等时，电路中的各相电流是不对称的。三相电源的不对称程度很小，可近似地当作对称来处理。【例5】电路如图，若不对称形负载接于对称三相电源上，电源相电压为220V，U相接一只220V、100W灯泡，V相、W相各接入一只220、200W灯泡，中线阻抗不计，求各相电流和中线电流。,解中线阻抗不计，各相电压对称，三相可以分别计算。,.,25,三相负载的联接原则,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)。,.,26,N,+,+,+,L1,L2,L3,负载的额定电压=电源的线电压,.,27,负载的额定电压=电源的相电压,.,28,电灯等单相负载为三相四线制,电动机负载为三相三线制,两者皆为星形联接,电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式.,.,29,三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压决定。,当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联接；,当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联接。,注意,三相四线制,三角形联接,星形联接,.,30,负载对称时：,三相电路的功率,三相总有功功率：,.,31,三相电路的功率,在三相负载对称的条件下：,.,32,灯组，若R1=5,R2=10,R3=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,照明系统故障分析,.,33,解:(1)A相短路,1)中性线未断,此时L1相短路电流很大,将L1相熔断丝熔断,试分析下列情况(1)L1相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。(2)L1相断路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。,而L2相和L3相未受影响，其相电压仍为220V,正常工作。,10,20,10,.,34,此情况下，L2相和L3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。,2)L1相短路,中性线断开时,此时负载中性点N即为L1,因此负载各相电压为,.,35,(2)L1相断路,2)中性线断开,L2、L3相灯仍承受220V电压,正常工作。,1)中性线未断,变为单相电路，如图(b)所示,由图可求得,L1相灯不亮。,10,20,10,.,36,例：,某大楼的系统供电线路图如下图所示。某一天，该大楼电灯突然发生故障，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？,本系统供电线路图,讨论,.,37,(1)分析得，当E处断开时，二、三层楼的灯串联接380V电压，亮度变暗，一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。,(2)因为三楼灯多于二楼灯即R3R2,所以三楼灯比二楼灯暗。,解：,L1,N,三层,二层,一层,+,L2,L3,.,38,三相三线制：线电压=380V,Z,A,C,B,.,.,.,一楼,二楼,三楼,220V,100W,某三层楼房，若每层装入照明灯的盏数及每盏灯的额定功率完全相同。,试分析能否采用图示三相三线制的接线方式供电？,N,照明系统分析,.,39,三相三线制：线电压=380V,情况1：一楼全部断开，二、三楼全部接通。,二、三两层楼的灯承受的电压是380V线电压UBC。,结果：每盏灯上的电压为190V，电灯变暗。,Z,A,C,B,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,220V,100W,N,A,C,B,.,40,情况2：一楼的灯全断，三楼的灯全通，二楼有1/4接通。,结果：二楼灯泡的电压超过额定值，灯泡被烧毁。,A,C,B,R2,R3,.,41,三相交流电路的小结（1）-三相电源,三相三线制,三相四线制,.,42,三相交流电路的小结(2)-三相负载,星形负载,三角形负载,.,43,三相交流电路的小结(3)-三相电路计算,负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相。,三相电路的计算要特别注意相位问题。,.,44,三相交流电路的小结(4)-三相功率计算,三相总功率：,.,45,有一三相电动机,每相的等效电阻R=29,等效感抗XL=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Ul=380V的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于Ul=220V的三相电源上。,例1:,解:,(1),.,46,(2),比较(1),(2)的结果:,有的电动机有两种额定电压,如220/380V。当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220V时,电动机的绕组应联结成三角形。,在三角形和星形两种联结法中,相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大倍。,.,47,三相对称负载作三角形联结，Ul=220V，当S1、S2均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率P=4.5kW，试求:1)每相负载的电阻和感抗；2)S1合、S2断开时,各电流表读数和有功功率P；3)S1断、S2闭合时,各电流表读数和有功功率P。,例2：,.,48,解：,(1)由已知条件可求得,.,49,(2)S1闭合、S2断开时,I1=I3=10AI2=17.32A,流过电流表L1、L3的电流变为相电流IP，流过电流表L2的电流仍为线电流Il。,因为开关S均闭合时每相有功功率P=1.5kW,当S1合、S2断时，Z12、Z23的相电压和相电流不变，则P12、P23不变。,P=P12+P23=3kW,.,50,I2=0A,(3)S1断开、S2闭合时,变为单相电路,I31仍为相电流IP，I12、I23变为1/2IP。,I1=I3=10A+5A=15A,I12、I23变为1/2IP，所以L1L2、L2L3相的功率变为原来的1/4。,P=1/4P12+1/4P23+P31=0.375W+0.375W+1.5W=2.25kW,.,51,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1),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,线路电流为多少？,例3：,解:(1)该照明系统与电网连接图,.,52,解:(1)该照明系统与电网连接图,.,53,例4:,各电阻负载的相电流,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。,线电压Ul为380V的三相电源上，接有两组对称三相电源：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