第3章三相交流电路ppt课件

1、第第 三三 章章 三相正弦交流电路三相正弦交流电路3.1 3.1 三相交流电源三相交流电源3.2 3.2 三相负载的联接三相负载的联接3.3 3.3 三相电路的功率三相电路的功率第三章 三相正弦交流电路上一页下一页前往本章 三相交流供电系统在发电、输电和用电三相交流供电系统在发电、输电和用电方面与单相相比有造价低、节省金属资料、方面与单相相比有造价低、节省金属资料、性能好等许多优点，发电厂均以三相交流性能好等许多优点，发电厂均以三相交流方式向用户供电。本章引见三相交流电的方式向用户供电。本章引见三相交流电的供电方式、三相负载用电的联接方式及三供电方式、三相负载用电的联接方式及三相电功率。相电功

2、率。上一页下一页前往本章1. 1. 概念概念 由三个幅值相等、频率一样、由三个幅值相等、频率一样、相位互差相位互差120o120o的单相交流电动势按一定的单相交流电动势按一定方式衔接起来所构成的电源称为三相交方式衔接起来所构成的电源称为三相交流电源。由三相电源构成的电路称为三流电源。由三相电源构成的电路称为三相交流电路。相交流电路。 三相交流电源普通来自三相交流发三相交流电源普通来自三相交流发电机或变压器副边的三相绕组。三相交电机或变压器副边的三相绕组。三相交流发电机的根本原理如图流发电机的根本原理如图3-13-1所示所示 3.1 3.1 三相交流电源三相交流电源上一页下一页前往本章W1V2N

3、SV1W2图图3-1三相交流发电机原理图三相交流发电机原理图U2U1上一页下一页前往本章前往本节 发电机的固定部分称为定子发电机的固定部分称为定子,其铁芯的内其铁芯的内圆周外表冲有沟槽圆周外表冲有沟槽,放置构造完全一样的三相放置构造完全一样的三相绕组绕组U1U2、 V1V2、 W1W2。它们的空间位。它们的空间位置互差置互差120o，分别称为，分别称为U相、相、V相、相、W相相,工程工程上以黄、绿、红三种颜色标志。引出线的始上以黄、绿、红三种颜色标志。引出线的始端用端用U1、 V1、 W1表示，末端用表示，末端用U2、 V2、W2表示。表示。 2. 2. 三相发电机的构造及任务原理三相发电机的

4、构造及任务原理 转动的磁极称为转子。转子铁芯上绕有转动的磁极称为转子。转子铁芯上绕有直流励磁绕组。当转子被原动机拖动作匀速直流励磁绕组。当转子被原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组切割转子磁场而产生转动时，三相定子绕组切割转子磁场而产生三相交流电动势。三相交流电动势。上一页下一页前往本章前往本节 将三个绕组的末端将三个绕组的末端U2U2、 V2 V2、W2 W2 连在连在一同引出一根连线称为中性线假设接地一同引出一根连线称为中性线假设接地又称为零线，三个绕组的始端又称为零线，三个绕组的始端U1U1、 V1 V1、 W1W1分别引出的三根线称为端线分别引出的三根线称为端线L1L1、L2L2、L3

5、L3中性线接地时又称为火线中性线接地时又称为火线, ,这种联接这种联接称为电源的星形联接。如图称为电源的星形联接。如图3-23-2所示所示3.3.三相电源的联接三相电源的联接3.1 3.1 三相电源的星形联接三相电源的星形联接上一页下一页前往本章前往本节V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuW图图3-2 电源的星形联接电源的星形联接上一页下一页前往本章前往本节相电压相电压:电源每相绕组两端的电压称电源每相绕组两端的电压称为电源相电压。参考方向规定从绕为电源相电压。参考方向规定从绕组始端指向末端，用组始端指向末端，用uU、uV、uW表示，有效值用表示，有效值用UP表示。表示。三相四线制

6、三相四线制:由三根端线和一根中线由三根端线和一根中线所组成的供电方式称为三相四线制。所组成的供电方式称为三相四线制。三相三线制三相三线制:只用三根端线组成的供只用三根端线组成的供电方式称为三相三线制。电方式称为三相三线制。上一页下一页前往本章前往本节三相电源瞬时值表达式为：三相电源瞬时值表达式为：)120sin(2)240sin(2)120sin(2sin2000tUtUutUutUuPPWPVPU波形图和相量图如图波形图和相量图如图3-3所示。相电压对称。所示。相电压对称。3-1上一页下一页前往本章前往本节0tt2uWuVuUu(a)相电压的波形图相电压的波形图WUUUVU(b)相量图相量图

7、120012001200图图3-3三相电源相电压的波形图和相量图三相电源相电压的波形图和相量图上一页下一页前往本章前往本节 电源恣意两根端线之间的电压称为线电源恣意两根端线之间的电压称为线电压，用电压，用uUV、uVW、uWU 表示，如图表示，如图3-4所示。所示。V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuWuUVuVWuWU图3-4上一页下一页前往本章前往本节线电压和相电压之间的关系为：线电压和相电压之间的关系为：UWWUWVVWVUUVUWWUWVVWVUUVUUUUUUUUUuuuuuuuuu3-2上一页下一页前往本章前往本节三个线电压对称。如图三个线电压对称。如图3-5所示所示U

8、UVU3030o30oUWUUVWUUUUU图图3-5相电压与线电压的相量图相电压与线电压的相量图上一页下一页前往本章前往本节用用UL表示线电压的有效值表示线电压的有效值3-3线电压为相电压的线电压为相电压的3倍。倍。PLUU33-4)210sin(2)210sin(32)90sin(2)90sin(32)30sin(2)30sin(32000000tUtUutUtUutUtUuLPWULPVWLPUV上一页下一页前往本章前往本节 线电压的相位导前对应的相电压相位线电压的相位导前对应的相电压相位30o 。线电压、相电压均为对称电压。线电压、相电压均为对称电压。 通常情况下三相四线制低压供电系统

9、通常情况下三相四线制低压供电系统线电压为线电压为380V，相电压为，相电压为220V。3.2 3.2 三相电源的三角形联接三相电源的三角形联接 假设将三相发电机的三个绕组假设将三相发电机的三个绕组依次首始端尾末端相连，接成依次首始端尾末端相连，接成一个闭合回路，那么可构成三角形联接。一个闭合回路，那么可构成三角形联接。从三个衔接点引出的三根线即为三根端从三个衔接点引出的三根线即为三根端线。如图线。如图3-63-6所示。所示。上一页下一页前往本章前往本节图图3-6 三相电源的三角形联接三相电源的三角形联接WU1(W2)V1(U2)W1(V2)UVuWUuUVuVW上一页下一页前往本章前往本节.U

10、WUWU.UU.UUV.UVUVW.图图3-7 线电压等于相电压线电压等于相电压 当三相电源作三角形联接时，只能是当三相电源作三角形联接时，只能是三相三线制，而且线电压等于相电压。三相三线制，而且线电压等于相电压。WWUVVWUUVUUUUUU, UP=UL上一页下一页前往本章前往本节 3.2 三相负载的联接三相负载的联接负载有单相负载与三相负载之分对于单相负载有单相负载与三相负载之分对于单相负载，应根据其额定电压接入电路。假设负载所负载，应根据其额定电压接入电路。假设负载所需的电压是电源的相电压，应将负载需的电压是电源的相电压，应将负载 接到端线接到端线与中线之间。如图与中线之间。如图3-8

11、(a)|ZU|ZV|ZW|图图3-8 (a)UVWN上一页下一页前往本章假设负载所需的电压是电源的线电压，应将负载假设负载所需的电压是电源的线电压，应将负载 接接到端线与端线之间。如图到端线与端线之间。如图3-8(b)|ZUV|ZVW|ZWU|UVWN图图3-8b)上一页下一页前往本章前往本节三相负载有两种情况：一种是将三个或三三相负载有两种情况：一种是将三个或三组单相负载分别接到三相电源的每一相上，组组单相负载分别接到三相电源的每一相上，组成三相负载。另一种是负载本身就是要求三相电成三相负载。另一种是负载本身就是要求三相电源供电的三相负载。例如三相交流电动机、三相源供电的三相负载。例如三相交

12、流电动机、三相电炉等电炉等 按照电源与负载联接方式不同，三相电源与按照电源与负载联接方式不同，三相电源与负载有四种接法，即：负载有四种接法，即：Y-Y、Y-、-Y、-。但对用户来讲，电源绕组如何衔接并不太关怀。但对用户来讲，电源绕组如何衔接并不太关怀。只讨论三相负载本身的联接：星形只讨论三相负载本身的联接：星形Y联接和三联接和三角形角形 联接。联接。 假设三相电源上接入的负载完全一样阻抗假设三相电源上接入的负载完全一样阻抗值相等、阻抗角相等，称为三相对称负载。值相等、阻抗角相等，称为三相对称负载。上一页下一页前往本章前往本节图图3-9负载的星形联接负载的星形联接N|Z U|ZW|ZV|UVWW

13、iUiUVNWuUuWuViNUNiVNiWNiVi1.1.三相负载的星形联接三相负载的星形联接上一页下一页前往本章前往本节图图3-9中中 每相负载两端的电压是电源的相电压每相负载两端的电压是电源的相电压UUN、UVN、UWN 。 每相负载中的电流称为相电流每相负载中的电流称为相电流IPIUN、IVN、IWN。 每根端线上的电流称为线电流每根端线上的电流称为线电流ILIU、IV、IW。 中线上的电流称为中线电流中线上的电流称为中线电流IN 。上一页下一页前往本章前往本节各相负载电流的有效值为各相负载电流的有效值为UUNUNZUIVVNVNZUIWWNWNZUI3-5各端线电流等于对应的相电流各

14、端线电流等于对应的相电流UNUIIWNWIIVNVII3-6中线电流为中线电流为WVUNWVUWNVNUNNIIIIiiiiiii3-73-8上一页下一页前往本章前往本节中线电流的计算中线电流的计算1对称三相负载对称三相负载阻抗值相等、阻抗角相等且为同性质的负载。阻抗值相等、阻抗角相等且为同性质的负载。3-93-103-11 各相电流大小相等，相位依次互差各相电流大小相等，相位依次互差1200 ，电流瞬时值，电流瞬时值代数和、相量和均为零代数和、相量和均为零PWNVNUNPWVUWVUIIIIZZZZ00WNVNUNNWNVNUNNIIIIiiii上一页下一页前往本章前往本节tt0 iWNiV

15、NiUNi(a)波形图波形图t2t1UWUVUWNIUNIVNIb相量图相量图图图3-10 对称三相负载星形联接时电流波形图和相量图对称三相负载星形联接时电流波形图和相量图星形联接的对称三相负载星形联接的对称三相负载,中性线可以省去。中性线可以省去。上一页下一页前往本章前往本节如图如图3-11所示所示,三相负载三相负载R=XL=XC=22,电源电源相电压相电压UP=220V,求中线电流求中线电流.UVW NRXCXLi1iNi3i2N 图3-11 例3-1图例例1:1:(2)不对称三相负载不对称三相负载 当三相负载不对称时当三相负载不对称时, 中性线有电流中性线有电流,可以从相量图可以从相量图

16、中或相量复数运算中分析求解中或相量复数运算中分析求解.上一页下一页前往本章前往本节电阻负载上的电流和相位电阻负载上的电流和相位电流电压同相位电流电压同相位电感负载上的电流和相位电感负载上的电流和相位电压超前电流电压超前电流900电容负载上的电流和相位电容负载上的电流和相位电流超前电压电流超前电压900解：解：022901022220AXUILp033901022220AXUICp01101022220ARUIp上一页下一页前往本章前往本节WUVUUU1I2I3I1INI2I图图3-12不对称负载中性线电流相量图不对称负载中性线电流相量图相量图如图相量图如图3-12所示所示上一页下一页前往本章前

17、往本节中性线电流中性线电流00003211803 . 73 . 7566. 8566. 8101501015010010jjIIIIN有效值有效值AIN3 . 7中性线电流中性线电流IN与相电流与相电流I1的相位相反的相位相反三相负载不对称时，中性线电流不为零，三相负载不对称时，中性线电流不为零，中性线不能省，必需采用三相四线制供电。中性线不能省，必需采用三相四线制供电。上一页下一页前往本章前往本节UVWUiWVUUViVWiWUiVWZWUZ图图3-13负载的三角形联接负载的三角形联接UVZ2. 2. 负载的三角形联接负载的三角形联接ViWi上一页下一页前往本章前往本节每相负载两端的电压都是

18、电源的线每相负载两端的电压都是电源的线电压，各负载中流过的电流为负载电压，各负载中流过的电流为负载 的相的相电流。其有效值为电流。其有效值为WUWUWUVWVWVWUVUVUVZUIZUIZUI3-14上一页下一页前往本章前往本节各端线电流与各相电流的关系：各端线电流与各相电流的关系：VWWUWUVVWVWUUVUIIIIIIIII 设三相负载为感性负载,每相负载上的电流均滞后对应的电压角。3-15上一页下一页前往本章前往本节o30UVUVWUWUUUIVIWIUVIVWIWUIo30o30图图3-14 三相对称感性负载三角形联接时三相对称感性负载三角形联接时 各相电流及各线电流的相量图各相电

19、流及各线电流的相量图上一页下一页前往本章前往本节 从图从图3-1相量图中可知相量图中可知,三个相三个相电流和三个线电流均是数值相等、相电流和三个线电流均是数值相等、相位互差位互差120o的三相对称电流。可以证的三相对称电流。可以证明，线电流和相电流存在如下关系。明，线电流和相电流存在如下关系。PLII33-16上一页下一页前往本章前往本节三相对称负载，每相三相对称负载，每相R=6,XL=8 ,接到接到UL=380V的三相四线制电源上，试分别计算负载作星形、的三相四线制电源上，试分别计算负载作星形、三角形联接时的相电流、线电流。三角形联接时的相电流、线电流。每相负载每相负载 的阻抗的阻抗1086

20、2222LXRZ相电流相电流线电流线电流AZUIPP2210220AIIPL22例例2:2:解：解：负载作星形联接时，每相负载两端的电压等于负载作星形联接时，每相负载两端的电压等于电源的相电压电源的相电压VUUUUUlPWNVNUN2203上一页下一页前往本章前往本节负载作三角形联接时，每相负载两端的电负载作三角形联接时，每相负载两端的电压是电源的线电压压是电源的线电压VUUUULWUVWUV380相电流相电流AZUIPP3810380线电流线电流AIIPL663833上一页下一页前往本章前往本节 3.3 3.3 三相电路的功率三相电路的功率WWWVVVUUUWVUIUIUIUPPPPcosc

21、oscos 从元件的电磁性能思索，恣意线性无源二端网络的从元件的电磁性能思索，恣意线性无源二端网络的平均功率有功功率等于该网络内一切电阻的平均功率平均功率有功功率等于该网络内一切电阻的平均功率之和，而无功功率等于该网络内一切电感和电容的无功功之和，而无功功率等于该网络内一切电感和电容的无功功率之和。同样，三相负载的有功功率等于各相负载的有功率之和。同样，三相负载的有功功率等于各相负载的有功功率之和，三相负载的无功功率等于各相负载的无功功率功率之和，三相负载的无功功率等于各相负载的无功功率之和。之和。1 1三相负载的有功功率三相负载的有功功率上一页下一页前往本章WVU、coscoscosPPPW

22、WWVVVUUUIUIUIUIUcoscoscoscos分别为各相负载的功率因数分别为各相负载的功率因数假设三相负载是对称的，那么三相电压、电流分别对称，有效值分别相等，各相负载的复阻抗、功率因数也相等，即三相总有功功率为三相总有功功率为PPPWVUIUPPPPcos33-17 其中其中UU、UV、UW分别为各相电压的有效分别为各相电压的有效值，值，IU、IV、IW分别为各相电流的有效值，分别为各相电流的有效值，上一页下一页前往本章前往本节当负载为星形联接时当负载为星形联接时PlllPlPIUPIIUUcos3,3当负载为三角形联接时当负载为三角形联接时PlllPlPIUPIIUUcos33, 在对称三相电路中，无论负载接成星形还是在对称三相电路中，无论负载接成星形还是三角形，总有功功率均为三角形，总有功功率均为PllIUPcos33-18上一页下一页前往本章前往本节2 2三相负载的无功功率三相负载的无功功率WWWVVVUUUWVUIUIUIUQQQQsinsinsinPPPPIUQsin假设负载对称假设负载对称,那么各相负载的无功功率相等那么各相负载的无功功率相等,均为均为无论