第三章-三相正弦交流电源演讲稿

1、 在RLC串联电路中R=l，L=l00mH，电 容C=0.1F，外加电压有效值U=lmV。 试求：(1)电路的谐振频率1592（Hz）； (2)谐振时的电流1mA；(3)电容器两端的 电压1（V）。 三相正弦交流电源 实例引入：教学楼照明系统电路实例引入：教学楼照明系统电路 图图1 1 三相交流电路示意图三相交流电路示意图 上一页下一页返 回 家用电器用的都是家用电器用的都是220V220V的单相交流电，而工厂的单相交流电，而工厂 车间、实验室等动力用电却几乎都是车间、实验室等动力用电却几乎都是380V380V的三的三 相交流电，这是为什么呢？相交流电，这是为什么呢？ 上一页下一页返 回 用电

2、设备的符合和电压不一定成什么比例，功 率是电压和电流的乘积。但是发热是和电流的 平方成正比的，因此为了减少线路的损耗，输 电线路都采用高或者超高电压输电。家庭用电 在保证效率的同时应当考虑安全，因此电压比 较低，但是过低会增加线路发热损耗。日本采 用家庭用电100伏，肯定更加安全一些。工厂 和实验室的照明线路也是采用单相220伏的电 压和家庭用电一样，动力电（驱动电动机或大 型设备）一般采用三相380-440伏电压。除了电 压高可以适当减小线圈和线路的截面积（粗细 ）外，要利用三相电形成的旋转磁场来推动电 动机转动。 三相交流电路三相交流电路 目前电力工程上普遍采用目前电力工程上普遍采用。 由

3、三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率 为为50HZ)彼此之间相位互差彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的的正弦电压所组成的 供电系统。供电系统。 前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因 而称而称。 另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的 复杂交流电路，因而复杂交流电路，因而前面讨论的交流电路的一般规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。律和计算方法，在此仍然适用。 幅度幅度 （角）频率（角）频率初相位初相位 t t i i ImIm

4、)sin(tIi m 幅度幅度 角频率角频率 初相位初相位 思考思考: :如果有三个初如果有三个初 相位叫什么呢？相位叫什么呢？ 三相正弦交流电三相正弦交流电 （是固定的，亦称（是固定的，亦称）：定子铁心内圆周表面）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。有槽，放入三相电枢绕组。 （是转动的，亦称（是转动的，亦称） 三相三相交流电动势的产生交流电动势的产生 U1 U2 V2 W1 V1 W2 S N 定子定子 转子转子 定子中放三个线圈：定子中放三个线圈： U1 U2 V1 V2 W1 W2 首端首端末端末端 三线圈空间位置三线圈空间位置 各差各差120o 转子装有磁极并以转子装有磁极并

5、以 的速度旋转。三个的速度旋转。三个 线圈中便产生三个单相电动势。线圈中便产生三个单相电动势。 2 2、三相对称电动势组成三相交流电源、三相对称电动势组成三相交流电源 三相电动势的特征：三相电动势的特征： 最大值相等，频率相同，相位互差最大值相等，频率相同，相位互差120 240sin 120sin sin tEe tEe tEe mW mV mU )120sin(tE m 以以eU为参考正弦量为参考正弦量 三相电源的解析式关系：三相电源的解析式关系： 240sin 120sin sin tUU tUU tUU mW mV mU )120sin(tU m 若用三个电压源若用三个电压源UU UV

6、 UW分别表示三相交流发分别表示三相交流发 电机三个绕组的电压，并设其方向由始端指向电机三个绕组的电压，并设其方向由始端指向 末端，则有：末端，则有： 三相电源的波形图关系：三相电源的波形图关系： u v u u u w u 120 120 0 . . . U U U W V U U U U U U V U W U 三相电源的相量图关系三相电源的相量图关系： 120 120 120 0 WVU UUU U U V U W U 0 WVU uuu 120 120 120 3.3.相量表示法相量表示法 : : 0 AA UU 120 BB UU 120 CC UU 基线基线 0 CBA UUU 二

7、、二、 三相交流电源的连接（星形、三角形）三相交流电源的连接（星形、三角形） （一）星形接法（一）星形接法 u e w e v e U W V N 三相四线三相四线 制供电制供电 火线（相线）火线（相线）: U V W 中线（零线）：中线（零线）：N C e （中线）（中线） （火线）（火线） （火线）（火线） （火线）（火线） U1 U2 V2 W V W2 N U V1 W1 - + + + - - 无中线时称为三相三线制无中线时称为三相三线制 每相绕组始端与末端之间的电每相绕组始端与末端之间的电 压压( (即相线与中线之间的电压即相线与中线之间的电压) ) 叫做叫做相电压相电压，它们的瞬

8、时值用，它们的瞬时值用 U1、U2、U3 来表示，显然这三来表示，显然这三 个相电压也是对称的。相电压个相电压也是对称的。相电压 大小大小( (有效值有效值) )均为均为 U1 = U2 = U3 = UP 任意两相始端之间的电压任意两相始端之间的电压( (即火线与火线之间的电压即火线与火线之间的电压) ) 叫做叫做线电压线电压，它们的瞬时值用，它们的瞬时值用 u u12 12、 、u u23 23、 、u u31 31 来表示 来表示 。接法的相量图如图。接法的相量图如图 所示。所示。 显然三个线电压也是对称的。大小显然三个线电压也是对称的。大小( (有效值有效值) )均为均为 PL3123

9、12 3UUUUU 在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为 V380V220 lP UU、 三相电源三相电源星形接法的两组电压星形接法的两组电压 wWN vVN uUN uu uu uu 相电压相电压：火线对零线间的电压。火线对零线间的电压。 240 120 0 PWN PVN PUN UU UU UU 120 120 120 UN U VN U WN U C e A C B N u u UN u VN u WN u v u w u 线电压线电压：火线间的电压。火线间的电压。 UNWNWU WNVNVW VNUNUV UUU UUU UUU

10、 UV u VW u WU u WU VW UV u u u W U V N 注意规定的注意规定的 正方向正方向 VN U UV U 线电压和相电压的关系线电压和相电压的关系 VN U UN U WN U 30 VNUN VNUNUV UU UUU 303 UNUV UU 303 303 WNUNWNWA VNWNVNVW UUUU UUUU 同同理：理： 303 UNVNUNUV UUUU VN U UN U WN U UV U VW U WU U 线电压与相电压的通用关系表达式：线电压与相电压的通用关系表达式： 303 pl UU l U p U -为相电压为相电压 -为线电压为线电压 在

11、日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为 V380V220 lP UU、 显然对于三角形连接来说，线显然对于三角形连接来说，线 电压等于相电压电压等于相电压 U1 = U2 = U3 = UP 特别需要特别需要注意注意的是，在工业用电系统中如果只引出三根的是，在工业用电系统中如果只引出三根 导线导线( (三相三线制三相三线制) )，那么就都是火线，那么就都是火线( (没有中性线没有中性线) )，这，这 时所说的三相电压大小均指线电压时所说的三相电压大小均指线电压 U UL L ；而民用电源则 ；而民用电源则 需要引出中性线，所说的电压大小均指相

12、电压需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压 U UP P 。 。 值得注意的是，三相电源接成三角形时，如果值得注意的是，三相电源接成三角形时，如果 连接正确电源内部三角形连接回路电压的和为连接正确电源内部三角形连接回路电压的和为 零，回路中的电流为零；假如连接不正确，其零，回路中的电流为零；假如连接不正确，其 中有一相接反，三相电压之和不为零中有一相接反，三相电压之和不为零, 这时的回这时的回 路电压的大小是相电压的路电压的大小是相电压的2倍，回路中产生足以倍，回路中产生足以 造成损坏三相绕组的短路电流，所以在三相电造成损坏三相绕组的短路电流，所以在三相电 源接成三角形时要注意。源接成三角形

13、时要注意。 短路短路 + E 三个电源串接三个电源串接 能否造成短路？能否造成短路？ 直流电源行吗？直流电源行吗？ U U e W e V e X Y Z V W 问题讨论问题讨论 + + + - - - E E E 直流电源串接不行，直流电源串接不行， 三相交流电源可以，三相交流电源可以， 为什么？为什么？ A A e C e B e X Y Z B C Em A e B e C e 三相交流电源中三个三相交流电源中三个 电源可以串接的原因电源可以串接的原因 在于：在于： 三个电源的电压任三个电源的电压任 何瞬间相加均为零。何瞬间相加均为零。 已知发电机三相绕组产生的电动势大小已知发电机三相

14、绕组产生的电动势大小E = 220 VE = 220 V， 试求：试求：(1) (1) 三相电源为三相电源为 Y Y 联结时的相电压联结时的相电压 U UP P 与线电 与线电 压压 U UL L；(2) (2) 三相电源为三相电源为 联结联结时的相电压时的相电压 U UP P 与线 与线 电压电压 U UL L 。 。 解：解：( (1 1) ) 三相电源三相电源 Y Y 联结：相电压联结：相电压 U UP P = E = 220 = E = 220 V V，线电压，线电压 V3803 PL UU (2) (2) 三相电源三相电源 联结：相电压联结：相电压 U UP P = E = 220

15、= E = 220 V V，线电压，线电压 UL = UP = 220 V CZCA BYBC AXAB UU UU UU pl UU （二）三角形接法（二）三角形接法 U WU u U X Y W V Z UV u VW u V W 特点：特点：线电压线电压=相电压相电压 星形接法星形接法 A C B N Z Z Z 4.2 4.2 三相负载及三相电路的计算三相负载及三相电路的计算 三角形接法三角形接法 A C B Z Z Z 负载也有两种接法负载也有两种接法: U W V N Z Z Z UN u VN u WN u U i W i V i UN i WN i VN i 相电流相电流(负载

16、上的电流负载上的电流)： WNVNUN III 、 4.2.1 星形接法及计算星形接法及计算 线电流线电流(火线上的电流火线上的电流)： WVU III 、 lp II WNW VNV UNU II II II U W V N Z Z Z N i U i W i V i UN i WN i VN i 星形接法特点星形接法特点 相电流相电流=线电流线电流 * WNVNUNN IIII N I : 零线电流零线电流 * 线电压线电压=相电压相电压 3, 线电压领先于相电压线电压领先于相电压30。 VN U UN U WN U UV U VW U WU U U W V N Z Z Z UN U UV

17、 U WN U VN U WU U VW U 303 303 WNWU VNVW UU UU 303 UNUV UU V i U i U W V N ZU ZV ZW N i W i UN i WN i VN i C e W e V e U e 负载星形接法时的一般计算方法负载星形接法时的一般计算方法 解题思路：解题思路： 一般线电压一般线电压 为已知，然后根据电压和负载求为已知，然后根据电压和负载求 电流。电流。 l u z u ii p pl l u p u （1）负载不对称时，各相单独计算。如：）负载不对称时，各相单独计算。如： 已知：已知： 三相负载三相负载 R、L、C 以及以及 三相

18、线电压：三相线电压： 120 120 0 lWU lVW lUV UU UU UU 求：各相、各线及中线电流求：各相、各线及中线电流 C I C R A B N L C A I N I B I AN I BN I CN I 解：解： 1. W I W R U V N L C U I N I V I UN I VN I WN I 120 120 0 lWU lVW lUV UU UU UU 90 3 1 30 3 1 150 3 1 30 3 1 30 3 1 30 3 1 lWUWN lVWVN lUVUN UUU UUU UUU 相相 电电 压压 线线 电电 压压 2. 相电流：相电流： W

19、 I W R U V N L C U I N I V I UN I VN I WN I 30 R U R U I P UN UN 180 11 90 1 C U C j U C j U I PP WN WN 240 150 L U Lj U Lj U I PP VN VN l pUU 3 1 令：令： WU U UV U VW U 3. 中线电流中线电流 WVUN IIII N I WN U UN U VN U VN I WN I UN I 4. 各电流相量关系各电流相量关系 180 240 30 C P WN L P VN P UN X U I X U I R U I U I V I W I

20、 （2）负载对称时，只需计算一相。）负载对称时，只需计算一相。 ZZZZ WVU 如：如： U UN UN I Z U I 则：则： 240 120 UNWWN UNVVN III III 据此可直接得出另两相电流：据此可直接得出另两相电流： 0 WVUO IIII （中线电流为（中线电流为0） WN U UN U VN U （3）负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相 有效值即可。有效值即可。 0 WVUN IIII )(ZZZZ WVU 负载对称时负载对称时 问题及讨论问题及讨论 零线是否零线是否 可以取消？可以取消？ 答：三相完全对称时，零线

21、可以取消。称为答：三相完全对称时，零线可以取消。称为 三相三线制。三相三线制。 W e U W V Z ZZ C e V e U e 三相三线制供电时各相电流的计算三相三线制供电时各相电流的计算 U NN U I V I W I UU . VU . WU . WV 求：各相电流求：各相电流 已知已知： 240220 120220 0220 . . . W V U U U U 每盏灯的额定值为每盏灯的额定值为: 220V、 100W 0 303 U UV U U U Z U Z U I 0 303 V VW V V V Z U Z U I 0 303 W WU W W W Z U Z U I 应

22、用实例应用实例-照明电路照明电路 A C B . . . 一层楼一层楼 二层楼二层楼 三层楼三层楼 N 正确接法正确接法: 每层楼的灯相每层楼的灯相 互并联互并联,然后分然后分 别接至各相电别接至各相电 压上。设电源压上。设电源 电压为：电压为： V 220 380 P l U U 则每盏灯上都可则每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V。 照明电路的一般画法照明电路的一般画法 零线上不能加零线上不能加 刀闸和保险刀闸和保险 A B C N . . . . . . . . 一一 层层 二二 层层 三三 层层 讨论讨论 讨论讨论 照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线

23、制 供电方式？供电方式？ A C B . . . 一层楼一层楼 二层楼二层楼 三层楼三层楼 N 不加零线不加零线 会不会出会不会出 现问题现问题? 设线电压为设线电压为380V。 A相断开后，相断开后，B、C 两相两相 串连，电压串连，电压UBC （380V） 加在加在B、C负载上。如果负载上。如果 两相负载对称，则每相负两相负载对称，则每相负 载上的电压为载上的电压为190V。 问题问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通若一楼全部断开，二、三楼仍然接通, 情况如何情况如何? A C B . . . 一层楼一层楼 二层楼二层楼 三层楼三层楼 分析：分析： 结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工

24、作。结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。 问题问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼若一楼断开，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？）结果如何？ 结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，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。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。 A C B R2 R3 V76380 5 1 3 R U V304380 5 4 2 R U 分析分析 关于零线的结论关于零线的结论 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，

25、有的超过用电设备的额定电压，有的达不等的电压，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，不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中照明电路中 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。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。为了确保零线在运行中不断开，其上不等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不 允许接保险丝也不允许接刀闸。允许接保险丝也不允许接刀闸。 3.2.2 三相负

26、载的三角形联结三相负载的三角形联结 UV i WU i VW i W i V i U i WU u UV u VW u U W V pl UU 特点特点：线电压线电压=相电压相电压 各电流的计算各电流的计算 V i UV i WU i VW i W i U i WU u UV u VW u U W V Z ZUV UV Z ZVW VW Z ZWU WU WU WU WU VW VW VW UV UV UV Z U I Z U I Z U I 相电流相电流 VWWUW UVVWV WUUVU III III III 线电流线电流 （2）负载对称时（）负载对称时（ZUV=ZVW=ZWU=Z ），

27、），各相电流有各相电流有 效值相等，相位互差效值相等，相位互差120 。有效值为：。有效值为： Z U IIII l PWUVWUV V i UV i WU i VW i W i U i WU u UV u VW u U W V ZUV ZVW ZWU （1）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。 WUUVU III 303 UVU II WU U UV U VW U V I W I UV I WU I VW I 303 303 WUW VWV II II 同理：同理： 0 lUV UU 设：负载为阻性的，阻抗角为设：负载为阻性的，阻抗角

28、为 0 。 。 负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系 WU I U I U VW UV I WU I U I 负载对称时三角形接法的特点负载对称时三角形接法的特点 V i UV i WU i VW i W i U i WU u UV u VW u U W V pl UU 303 pl II 注意电路注意电路 中规定的中规定的 正方向正方向 负载对称时：负载对称时： cos3 pp IUP 3.3 3.3 三相电路的功率三相电路的功率 CBA PPPP 三相总有功功率：三相总有功功率： 由负载由负载 性质决定性质决定 3 plpl IIUU 星形接

29、法时：星形接法时： 3 plpl IIUU 三角形接法时：三角形接法时： cos3 ll IUP 三相电路的功率三相电路的功率 ll ll ll IUS IUQ IUP 3 sin3 cos3 有功功率：有功功率： 无功功率：无功功率： 视在功率：视在功率： 在三相负载对称的条件下：在三相负载对称的条件下： * * 单相功率的测量单相功率的测量 - - 电动式瓦特计电动式瓦特计 i1 i2 u 在交流电路中在交流电路中 cos 1 UkI 其中，其中， 为为 间的夹角。间的夹角。ui , 1 （书（书 P502） 指针偏指针偏 转角度转角度 电流线圈电流线圈 电压线圈电压线圈 i2和和 u 成

30、正成正 比，且近似比，且近似 同相同相 负负 载载 三相功率的测量三相功率的测量 1 W * * 2 W * * 3W * * 负 载 U W V N 三相总功率为三个功率表测得数据的总和三相总功率为三个功率表测得数据的总和。 三相四线制接法，用三个功率表测量：三相四线制接法，用三个功率表测量： 三相总功率等于两表测得数据之和三相总功率等于两表测得数据之和。 V u W i V i U i UW u VW u U W V W u U u U Z V Z W Z 2 W * * 1 W * * 三相三线制的电路中，用二表法测功率：三相三线制的电路中，用二表法测功率： 两表法测量功率的原理：两表法测量功率的原理： VWVUWU WVVWUU WWVVUU uiui uuiuui iuiuiup VU