电工学讲义3_new.ppt

1、第三章 三相交流电路,1. 掌握三相电路的基本概念：对称电源、对称负载、 线电压 相电流、线电流及其关系 能计算对称/不对称三相电路的电流、电压， 对称三相电路的功率 3. 了解不对称三相电路的概念，掌握中线的作用。,基 本 要 求,三相交流电路与正弦交流电路从理论角度看： 三相交流电路是复杂的正弦交流电路。 因此两者分析方法相同-相量分析法、相量图法。 三相电路本身有特殊点：如对称三相电路等。,380/220V,常用低压供电的三相电源电压：380/220V,L1、L2、L3-相线（俗称：火线）, N-中线（零线或地线）,小常识,三相四线制,三相电源,三相电是由三相发电机产生的,定子,转子,三

2、线圈空间位置各差120o,定子铁芯由硅钢片叠加而成，内圆表面有槽，槽内放置定子绕组，绕组与铁芯绝缘.,三相绕组共有首末6个端头，首端用U1,V1,W1表示，末端用U2,V2,W2表示，各绕组相差120 端头引至接线盒的接线头上。,转子由内燃机,气轮机驱动,上装转子绕组,通以直流电,当磁极极面形状适当，可使定子与转子之间的气隙的磁 通密度呈正弦状态分布，当转子以衡速转动，定子绕组 就感应出正弦电动势。,转子,设：三相绕组中感生出的电动势的瞬时值为：e1, e2, e3,1）由于每相绕组的形状，匝数相同，由同一磁极旋转产生,E1=E2=E3，E1m=E2m=E3m,2) 由于三相绕组以同一速度切割

3、磁力线,三相电动势频率相等 f =np/60 , n为转子旋转速度,单位 r/min , p 为磁极对数,上图中为p=1,3) 三相绕组在空间存在120相位差,三个电动势之间存在相序。,三个电动势到达正或负最大值的先后顺序称三相交流电的相序。一般规定：,以e1为参考，若e2滞后e1， e3滞后e2,即：12 3 顺相序,即： 1 3 2 逆相序,不做说明，均指顺相序,三相交流电的相序,以e1为参考，若e3滞后e1， e2滞后e3,其函数表示式及波形图为：,在三相发电机中，三个电动势的最大值和频率相同， 相位上互差120，这样的电动势称三相对称电动势。,相量式及相量图为：,三相电源的接法,在三相

4、制的电力系统中，电源的三个绕组不是独立向 负载供电，而是按一定的方式连接起来，形成整体。,星形接法（Y）,三角形接法（）,三相电源的星形接法,L1,U2,V2,L3,L2,W2,N,U1,V1,W1,+,_,+,+,_,_,三相供电系统中,最常用的是星形接法的四线制供电系统,特点,1）三相绕组的三个末端连在一起，成为公共点，称为“中点”. 从中点引出“中线”,2）从三相绕组首端U1,V1,W1引出相线,相线对地有电压，又称“火线”.在低压系统中,中点通常接地，中点又称“零点”，中线又称“零线”。,中线(零线、地线),端线(相线、火线),W1,三相供电系统中,还有星形接法的三线制供电系统：,不同

5、之处,中线不引出,W1,相电压：,线电压：,相线与中线之间的电压， 1， 2， 3,相线与相线之间的电压 12， 23， 31,P,L,图中所示正方向规定如下：,相电压正方向选定为：自绕组始端指向末端,线电压正方向选定为： 如：12则表示：L1L2,U1,V1,W2,W1,三相电源的星形联结中的电压,据KVL：,1= 1，2= 2，3= 3，,三相电动势对称, 三相相电压对称,相电压的特点,三相电源星形连接中三相电压的 特点,L3,线电压的特点,L3,线电压和相电压的关系,同理：,线电压与相电压的通用关系表达式：,-为相电压 -为线电压,在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为,当相电压

6、对称，线电压也对称（互差120）。 线电压的有效值是相电压的3倍， 线电压超前相电压30 ,以相量图表示如下：,小结,三相电源的三角形接法,本书中不作讲解,三相电路中负载的连接方式,负载的两种接法:,三相负载的星形接法（Y）,照明灯的额定电压220V,要在电路中接入大量的照明负载，需要将他们均匀地分布在电源各相之间，以使负载尽量平衡,通常将负载采用星形接法。,L1,L2,N,Z,Z,Z,星形接法中的三种电流,L3,星形接法特点一,: 零线电流,L3,L1,L2,N,Z1,Z2,Z3,星形接法中的两种电压,L3,相电压(负载上的电压)：,+,+,+,_,_,_,考虑三相电源的关系,负载星形接法时

7、的一般计算方法,（1）负载不对称时，各相单独计算,线 电 压,3.中线电流,2.相、线电流：p=L,例 一,三相四线制供电，电压380V/220V，三相负载为白炽灯，L1相R1=11，L2相R2=22 ，L3相R3=44 ，求各电流。,1=1 / R1=2200/11=20 0 A,2=2 / R2=220-120 /22=10 -120 A,3=3 / R3=220120 /44=5 120 A,N= 1+ 2+ 3=13.2 -19.1 A,各相负载不对称时，线电流不对称，中线电流不为0,解：,设 1 =2200 ,则 2 =220-120 ， 3 =220120,在上例中，L3灯不开，求

8、各线的电流,解：,(1) L3 相灯不开，相当于R3 为，I3=0,L1、L2相不受影响，电流不变,1=20 0 A ，2=10 -120 A,N= 1+ 2+ 3=17.3 -30 A,若L3 灯不开，中线断开，求L1相、L2相灯上的电压。,L3 灯不开,中线也断开，R1, R2串联在L1, L2之间,UR1=380 R1 / (R1+R2)=126.7V,UR2=380 R2 / (R1+R3)=252.3V,不平衡负载无中线时，各相电压不平衡,中线中不能接熔断器,平衡负载：,据此可直接得出另两相电流：,（2）负载对称(平衡)时，只需计算一相,中线电流为0,负载对称时,三相完全对称时，零线

9、可以取消。称为三相三线制。,三相三线制供电时不平衡各相电流的计算,已知：每盏灯的额定值为220V、100W，求：各电流,L1,N,N,L3,L2,用结点电压法,每盏灯为 220V、 100W,、,、,正确接法: 每层楼的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,则每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。,应用实例-照明电路,照明电路的一般画法,讨论,照明电路能否采用三相三线制 供电方式？,L1,L3,L2,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,N,讨论,设线电压为380V: L1相断开后，L2、L3 两相串连，电压U23 （380V）加在L2、L3负载上。如果两相负载对称，则每相负载上

10、的电压为190V。,问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通, 情况如何?,分析：,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,问题2：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1/4 结果如何？,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。,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，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相等的相电压。为了确保零线在运

11、行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。,三相负载的三角形接法（）,当负载的的额定电压为380V，就需要将负载三相三线制 供电系统的相线与相线之间。当负载较多时，就将其分别 接在各相线之间。这种接法称为负载的三角形接法。,特点：,每相负载的两端分 别接在两根相线上。,负 载 连 接,Z12 Z23 Z32为各相的复阻抗，不计导线电阻， 每相负载承受线电压，不受其他相影响：,1 2 3 为线电流,12 23 31 为相电流,三角形接法中的电压,每相负载的电压称相电压 P,两根火线间的电压称线电压 L,在“”接法中，线电压=相电压，P= L,相电流,各电流的计算,I12=I23=I31=IP

12、=UL / |Z |,当 Z1=Z2=Z3=Z ( |Z12|=|Z23|=|Z31|， 1=2=3= ) 且 U12=U23=U31=UL,各相电流互差相位角120,对称负载,I1=I2=I3=IL IL= 3Ip,又据KCL,对称负载,各线电流互差相位角120,线电流比相电流滞后30,在数值上，线电流是相电流的3倍,负载对称时，线/相电流也对称,负载对称时三角形接法的特点,举 例,已知：Z12=Z23=Z31=16+j12 ,电源电压380V， 求:各电流表读数。,解：,三相对称负载， 三相电流也对称,I12= I23= I31=IP,I1= I2= I3= IL,IP=UP / |Z |

13、=380 / 20=19A,IL= 3IP=19 3 A,各电流表的读数都是19 3A,接法，对称负载，相电流、线电流也对称，只计算一相,接法,不对称负载，相电流,线电流也不对称，各相分别计算,上题中，将Z23改为8+j6，求各电流表读数,设12=3800， 23=380-120， 31=380120,12= 12/Z12= 3800/（16+12j)=19 -36.9,31= 31/Z31= 380120/（16+12j)=19 -66.9,23= 23/Z23= 380-120/（8+6j)=38 -156.9,1= 1231= 32.9 -66.9,2= 2312= 50.3 -176,

14、3= 3123= 50.3 42.2,小结,三相负载中各电压和电流的关系,一般照明负载都联接成Y形（有中线） 三相电动机的线组接成 /Y。 一般在铭牌中标出 380V Y/380V ,小知识,三相电路的功率,PP1 P2P3U1I1 cos1U2I2 cos2U3I3 cos 3,有功功率：,负载对称时：,三相总有功功率：,若以线电压、线电流表示,对Y形对称负载:,对形对称负载:,对三相对称负载，无论何种接法，统一表示为：,P3 U I cos U、I 为线电压、线电流,ILIP, UL=3UP，PY3 ULILcos,ULUP ,IL=3IP ,P3 ULILcos,因为线电压、线电流易测量,无功功率和视在功率,用相电压表示：,用线电压表示：,Q=Q1+Q2+Q3 =U1I1sin1+ U2I2sin2+ U3I3sin3,对称负载,End,Z1, Z2, Z3为各相的复阻抗，不计导线电阻，各相负载承受相应相的相电压，不受其他相影响