第4章三相交流电路

1、 3 定义：定义：三相制即采用三个频率相同而相位不同的电源三相制即采用三个频率相同而相位不同的电源 向用电设备供电。有向用电设备供电。有有三相交流电源和三相负载连接而有三相交流电源和三相负载连接而 成的电路为三相交流电路。成的电路为三相交流电路。 三相制的优点三相制的优点 （1 1）相同尺寸的三相交流发电机的额定容量比单相交流发）相同尺寸的三相交流发电机的额定容量比单相交流发 电机的电机的额定容量大额定容量大 （2 2）三相输电比单相）三相输电比单相经济经济 （3 3）生产上常用的）生产上常用的三相异步电动机三相异步电动机结构简单，价格便结构简单，价格便 宜且性能优良。宜且性能优良。 交流电路

2、交流电路：就是三相电源中的一相电源通过一根相线和一根：就是三相电源中的一相电源通过一根相线和一根 中性线与负载组成的电路，称为中性线与负载组成的电路，称为单相电路单相电路。 S N + + + + + + _ _ ee U1U2 定子定子 转子转子 + e1e2e3 + 铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经） 三相绕组三相绕组 : 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁 定子定子 转子转子 发电机结构发电机结构 tEu sin m1 )120sin( m2 tEu )120sin( m3 tEu UUU 0 1 ) 2 3 j 2 1 (120 3 UUU ) 2 3 j 2 1 (120 2 U

3、UU 对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0 0 321 uuu即：即： 0 321 UUU 或或 三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征 N L2 L3 L1 N U1 V1 W1 (1) 联接方式联接方式 中性点中性点 321 UUU 、 312312 UUU 、 Up Ul 3 u + + + 1 u 2 u 12 u + + + 31 u 23 u 2112 UUU 3223 UUU 1331 UUU 由相量图可得由相量图可得 30 303 112 UU 1 U 3 U 2 U 12 U 2 U L1 N L2 L3 + + + 1 u +

4、+ + 31 u 2 u 3 u 12 u 23 u p 相电压相电压线电压线电压 时时结结结论：电源结论：电源形联形联 UUl 且且超超线线电电压压形形联联结结时时结结论论：电电源源,3,Y P UUl 。三三相相线线电电压压也也是是对对称称的的前前相相应应的的相相电电压压 ,30 303 223 UU 303 331 UU + + + L2 L1 L3 12 u BC U 31 u 23 u L3 三相四线制三相四线制 380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为 220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为 380伏的三相负载伏的三相负载 + 1 u 2 u 3 u + +

5、Z1 Z2 Z3 N i 1 i 321 III 、 N 电源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点 1 i 2 i 3 i P 3UU l P II l Y 联结时：联结时： 321N IIII 3 3 3 2 2 2 1 1 1 Z U I Z U I Z U I + 1 u 2 u 3 u + + Z1 Z2 Z3 N i 1 i 1 i 2 i 3 i + 1 u 2 u 3 u + + Z1 Z2 Z3 N i 1 i 1 i 2 i 3 i 负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流, 可省掉中性线。可省掉中性线。 0 321N IIII 中中线线电电流流 CBA ZZZ 因

6、因为为三三相相电电压压对对称称，且且 所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。 P 3UUl 负负载载对对称称无无中中性性线线时时 负载对称时，负载对称时， 只需计算一相电只需计算一相电 流，其它两相电流，其它两相电 流可根据对称性流可根据对称性 直接写出。直接写出。 A15010 A9010 A3010 3 2 1 I I I 可可知知： 如如： 例例1 1： 灯组，若灯组，若R1=R2= R3 = 5 ，求线电流及中性线电流，求线电流及中性线电流 IN ; 若若R1=5 , R2=10 , R3=20 ,求线电流及中性求线电流及中性 一星形联结的三相电路，电源电压对

7、称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电 源线电压源线电压 。负载为电。负载为电V)30314sin(2380 12 tu 线电流线电流 IN 。 N + + + 1 u N R1 R2 R3 L1 L2 L3 2 u 3 u 1 i 2 i 3 i N i 中性线电流中性线电流 0 321N IIII 解：解： 已知：已知：V30380 12 U V0220 1 U A044A 5 0220 1 1 1 R U I (1) 线电流线电流 三相对称三相对称 A12044 2 I A12044 3 I N + + + 1 u N R1 R2 R3 L1 L2 L3 2 u 3 u 1 i

8、 2 i 3 i N i (2) 三相负载不对称三相负载不对称（R1=5 、R2=10 、R3=20 ） 分别计算各线电流分别计算各线电流 中性线电流中性线电流 A12011A 20 120220 3 3 3 R U I A12022A 10 120220 2 2 2 R U I A1929 A12011A12022A044 321N IIII A044A 5 0220 1 1 1 R U I 解解: ( 1) 中性线未断中性线未断 L1 L1 L2 L3 L1 L1 R1 R3 R2 L1 L2 N L3 N 3 + + 3 u 2 u 1 u L2L3 L1 此时负载中性点此时负载中性点

9、L1 V380, V380, 0,0 3313 2122 11 UUU UUU UU L1 L2 、 L3相灯仍承受相灯仍承受 220V电压电压, 正常工作。正常工作。 A7 .12 0210 380 32 23 RR U I V127107 .12 22 IR U V254207 .12 33 IR U i L2 L3 + + R1 R3 R2 L1 L2 N L3 N 4.2.2 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路 321 III 、 12 I 23 I 31 I L1 + + + 12 u 12 i 23 u 31 u L2 L3 i1 i2 i3 23 i 31 i Z3

10、1Z12 Z23 (2) 相电流相电流 12 12 12 Z U I 23 23 23 Z U I 31 31 31 Z U I (1) 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压 即即: UP = Ul 即即 相电流：相电流： 312312 III 、 线电流：线电流： 321 III 、 L1 + + + 12 u 23 u 31 u i1 i2 i3 Z31 Z12 Z23 L2 L3 12 i 23 i 31 i 相量图相量图 I 23 I 12 I 30 负载对称时负载对称时, I 2 I 3 (3) 线电流线电流 。3 30 0且且落落后后相相应应的的相相电电流流 ( (相相电电流

11、流) ), ,3 3线线电电流流 联联接接时时对对称称负负载载 : :结结论论 P II l 由相量图可求得由相量图可求得 31121 III 12232 III 23313 III Z U IIII P P312312 R X arctan 312312 l IIII 321 PP 330cos2IIIl U 23 U 12 U 31 31 I 1 I 负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压 应作应作 联结联结 负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压 3 1 应作应作 Y 联结联结 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三三相电动机绕组可以联结成星形，

12、也可以联结成三 角形，而照明负载一般都联结成星形角形，而照明负载一般都联结成星形(具有中性线具有中性线)。 ll IIUU 3 1 , pp 对称负载对称负载 联结时：联结时： PPPP cos3cos3 llI UIUP 同理同理 pppp sin3 sin3 ll IUIUQ ll IIUU pp , 3 1 对称负载对称负载Y联结时：联结时： 相电压与相相电压与相 电流的相位差电流的相位差 当负载对称时：当负载对称时：P = 3Up Ipcos p ll IUIUQPS3 3 PP 22 所以所以 有一三相电动机有一三相电动机, 每相的等效电阻每相的等效电阻R = 29 , 等效等效 感

13、抗感抗XL=21.8 , 试求下列两种情况下电动机的相电流、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：线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果： (1) 绕组联成星形接于绕组联成星形接于Ul =380 V的三相电源上的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于Ul =220 V的三相电源上。的三相电源上。 例例1: 解解: (1)A1 . 6A 8 .2129 220 22 P P Z U I W 8 .2129 29 1 . 63803cos3 22 llI UP Wk2 . 38 . 01 . 63803 Wk2 . 3W8 .

14、05 .102203cos3 llI UP A1 . 6A 8 .2129 220 22 P P Z U I (2) A5 .103 P II l 比较比较(1), (2)的结果的结果: 有的电动机有两种额定电压有的电动机有两种额定电压, 如如220/380 V。 当电源电压为当电源电压为380 V时时, 电动机的绕组应联结成星形；电动机的绕组应联结成星形； 当电源电压为当电源电压为220 V时时, 电动机的绕组应联结成三角形。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在三角形和星形两种联结法中, 相电压、相电流相电压、相电流 以及功率都未改变以及功率都未改变，仅，仅三角形联结情

15、况下的线电流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比星形联结情况下的线电流增大 倍倍。 3 4.4 4.4 供配电及安全用电供配电及安全用电 4.4.1 4.4.1 电力系统概述电力系统概述 电力系统由电力系统由发电发电、输电输电和和配电配电三大系统组成的。发电系统发出的三大系统组成的。发电系统发出的 电能经由输电系统的输送，最后由配电系统分配给各个用户电能经由输电系统的输送，最后由配电系统分配给各个用户 1.发电系统：发电系统：水力、火力、风力、核能、太阳能等发电厂水力、火力、风力、核能、太阳能等发电厂 2.输电系统：输电系统：通常采用高压输电，即采用升压变压器将电压通常采用

16、高压输电，即采用升压变压器将电压 升高后再进行远距离输电。我国国家标准中规定的输电线的升高后再进行远距离输电。我国国家标准中规定的输电线的 额定电压为额定电压为35，110，220，330，500kV等。等。 3.配电系统：配电系统：其主要作用是变换电压和直接向终端用户分配其主要作用是变换电压和直接向终端用户分配 电能。工业企业内部供电系统由高压和低压配电线路、变电电能。工业企业内部供电系统由高压和低压配电线路、变电 所和用电设备组成。所和用电设备组成。 除交流输电外，还有直流输电除交流输电外，还有直流输电 。将三相交流电整流为直流。将三相交流电整流为直流 后，远距离输送至终端，再转变为三相交

17、流电，供用户使后，远距离输送至终端，再转变为三相交流电，供用户使 用。用。 4.4.2 4.4.2 安全用电安全用电 1.电流对人体的伤害电流对人体的伤害 电击：电击：是指电流通过人体，使内部器官组织受到损伤。是指电流通过人体，使内部器官组织受到损伤。 电伤：电伤：是由于电流的热效应、化学效应或机械效应对人体是由于电流的热效应、化学效应或机械效应对人体 外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、烫伤。外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、烫伤。 电击的伤害程度与下列各种因素有关：电击的伤害程度与下列各种因素有关：人体电阻人体电阻、电流强度电流强度和和 通电时间通电时间 2.触电方式触电方式 单相触电：单相触电

18、：人体触及漏电的电气设备或线路的一相而发生的触电人体触及漏电的电气设备或线路的一相而发生的触电 现象现象 双相触电：双相触电：人体同时触及两根相线的触电现象人体同时触及两根相线的触电现象 。危害很大。危害很大 3.触电急救触电急救 （1）迅速脱离电源）迅速脱离电源 （2）现场急救）现场急救 跨步电压触电跨步电压触电 ：当高压电线断裂落地时，在周围就形成了一个当高压电线断裂落地时，在周围就形成了一个 由中心向外逐渐减弱的强电场。当人或动物进入断线点附近时，由中心向外逐渐减弱的强电场。当人或动物进入断线点附近时， 两脚因站在不同的电位上而承受跨步电压，即两脚之间的电位差。两脚因站在不同的电位上而承

19、受跨步电压，即两脚之间的电位差。 4.电气设备的接地和接零保护电气设备的接地和接零保护 （1）保护接地：）保护接地：保护接地即将电气设备的金属外壳（正常情保护接地即将电气设备的金属外壳（正常情 况下不带电）与大地作良好的电气接触。宜用于中性点不接地况下不带电）与大地作良好的电气接触。宜用于中性点不接地 的低压系统中。的低压系统中。 （2）保护接零：）保护接零：接零就是将电气设备的金属外壳接到零线接零就是将电气设备的金属外壳接到零线 （中性线）上，宜用于中性点接地的低压系统中。（中性线）上，宜用于中性点接地的低压系统中。 （3）三相五线制供电系统）三相五线制供电系统 进入第进入第5 5章章 例例

20、2: L1 L2 L3 Z Y R 线电压线电压Ul为为380 V的三相电源上，接有两组对称的三相电源上，接有两组对称 三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相 阻抗阻抗 ; 另一组是星形联结的电阻性另一组是星形联结的电阻性 负载，每相电阻负载，每相电阻R =10 , 如图所示。试求：如图所示。试求： 各组负载的相电流；各组负载的相电流； (2) 电路线电流；电路线电流； (1)(3) 三相有功功率。三相有功功率。 373 .36Z 设设解：解： V0380 12 U V30220 1 U 则则 一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量

21、图如图所示 A37-47.10A 3736.3 0380 12 21 Z U I A03-22 Y 1 Y1 R U I A6713.1803-37347.10 1 I A7 .4638 30226713.18 Y111 III 1 U 12 U 1 I Wk4 . 2 144809546 W223803W8 . 013.183803 cos3cos3 Y Y llll IUIU PPP -30o -67o -46.7o Y1 I 1 I 三相对称负载作三角形联结，三相对称负载作三角形联结，Ul =220V，当，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三

22、相功率，三相功率 P = 4.5 kW，试求，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗；每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、合、S2断开时断开时, 各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P； 3) S 1断、断、S 2闭合时闭合时, 各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P。 例例3： A A A S2 Z12 Z23 或：或：P =I 2R P =UIcos tg =XL / R 22 3/32.17 220 P P I U Z ll IU P 3 cos 68. 0 1568. 022cos ZR 1 .16733. 022sin ZX L 解：解：(1) 由已知条件可求得由已知条件可求得 A A A S2 Z12 Z23 (2) S1闭合、闭合、S2断开时断开时 I1 = I3 = 10A I2 =17.32 A 流过电流表流过电流表 、 的电流变为相电流的电流变为相电流 IP， 流过电流表流过电流表 的电流仍的电流仍 为线电流为线电流Il 。 因为开关因为开关S均闭合时均闭