三相交流电路-教学课件

三相交流电路-教学课件第一页，共59页。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。第二页，共59页。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°。+++–+SN铁心绕组AX任务1三相电源与三相负载–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN活动1：三相交流电动势的产生第三页，共59页。t0三相对称电动势的产生eAeBeCXAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+•++••XAYCBZSN+••+•+U相V相W相+-AXuA+-BYuB+-CZuCXAYCBZSN+•++••第四页，共59页。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.相量形式第五页，共59页。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°UA•UC•UB•120°120°三相电压相量图第六页，共59页。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A→B→C。在电力系统中一般用黄、绿、红区别A、B、C三相。Um–Umt02uAuCuB顺序：相序为A→B→C

。逆序：相序为A→C→

B

。三相发电机中各绕组电动势到达幅值（或零值）的先后次序。第七页，共59页。活动2三相电源的联接1.星形联接N中点或零点N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。

三相四线制第八页，共59页。N中点或零点N火线中线或零线火线火线线电压相电压根据KVL：第九页，共59页。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UA•UC•UB•30o30o30o

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:第十页，共59页。2.

Δ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。第十一页，共59页。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：对称第十二页，共59页。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。活动3三相负载的联接第十三页，共59页。1.Y形联结iBiCiNiAN负载中电流:(略线路阻抗)中性线中的电流为:若负载对称，即UA•UC•UB•IC•IA•IB•对称负载相量图对称负载可以去掉中线。三相交流电动机N第十四页，共59页。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。第十五页，共59页。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1-1】星形联接的三相负载，每相电阻R=6Ω，感抗XL=8Ω。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。第十六页，共59页。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(XL–XC)。其中R为电阻，XL为感抗，XC为容抗。如果(XL–XC)>0，称为“感性负载”；反之，如果(XL–XC)<0称为“容性负载”。第十七页，共59页。所谓谐振，按电路理论，它是正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；如果正弦电压加在电感和电容并联电路上，当正弦电压频率为某一值时，电路的总导纳(导纳是阻抗的倒数)为零,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振，后者称为并联谐振。第十八页，共59页。【例1-2

】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:(a)ANCN′BUC·IAUB·R1＝4ΩjXL＝j3ΩR3＝6Ω－jXC＝－j8ΩIC·IB·R2＝5ΩIN·电路图UA·第十九页，共59页。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。IC·IB·IN·IA·UB·IB·IC·UC·UA·36.9°97.1°53.1°(b)相量图第二十页，共59页。活动4.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。iCABCiBiAiCAiBCiAB–

+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第二十一页，共59页。(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IA•IB•IC•ICA•IAB•IBC•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。

UAB•UCA•UBC•iCABCiBiCAiBCiAB–

+uAB–

+uBC–

+uCA第二十二页，共59页。

(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。相量图第二十三页，共59页。

【例1-3

】如图所示的三相三线制电路中,各相负载的复阻抗Z=(6+j8)Ω,外加线电压380V,试求正常工作时负载的相电流和线电流。iBiCiA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：第二十四页，共59页。【例1-4

】在图示的电路中，设三相对称电源线电压为380V，三角形联接的对称负载每相阻抗Z=4+j3Ω，试求各相电流与线电流，并作相量图。解:设各线电流：U相电流：其余两相电流：第二十五页，共59页。

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1-5

】电路如图，若不对称Ｙ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。

第二十六页，共59页。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)。第二十七页，共59页。N+++–––L1L2L3Z31Z12Z23负载的额定电压=电源的线电压应作联结第二十八页，共59页。N+++–––NR1R2R3L1L2L3应作Y联结负载的额定电压=电源的相电压第二十九页，共59页。ABCN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.第三十页，共59页。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NABCZ3Z2Z1M3~第三十一页，共59页。负载对称时：任务2三相电路的功率三相总有功功率：

由负载性质决定星形接法时：三角形接法时：第三十二页，共59页。三相电路的功率有功功率：无功功率：视在功率：在三相负载对称的条件下：第三十三页，共59页。【例1-6

】对称三相电源线电压380V，Ｙ形对称负载每相阻抗Z=12+j16Ω，试求各相电流和线电流。如将负载改为△形对称接法，求各相电流和线电流，分别计算Ｙ形、△形接法时的三相总功率。

解:由Ｙ形接法可知，相电压为线电压的取U相为参考相：则线电压：各相电流：对称关系：Ｙ形接法，三相功率：第三十四页，共59页。△形接法时，相电流：线电流：三相功率：第三十五页，共59页。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N+++–––NR1R2R3L1L2L3例1-7：照明系统故障分析第三十六页，共59页。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。

R1R3R2L1L2NL3N

而L2相和L3相未受影响，其相电压仍为220V,正常工作。10Ω20Ω10Ω第三十七页，共59页。

L1L2NL3N´i1i3i2+++–––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第三十八页，共59页。(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iL2L3u´2u´3+––+(b)

R1R3R2L1L2NL3NL1相灯不亮。10Ω20Ω10Ω第三十九页，共59页。L1N三层二层一层–+L2L3例1-8：

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第四十页，共59页。(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：L1N三层二层一层–+L2L3DEFGABC第四十一页，共59页。三相三线制：线电压=380VZACB.........一楼二楼三楼220V100W

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照明系统分析第四十二页，共59页。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。ZACB.........一层楼二层楼三层楼220V100WNACB第四十三页，共59页。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。ACBR2R3第四十四页，共59页。三相交流电路的小结（1）--三相电源三相三线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。第四十五页，共59页。三相交流电路的小结(2)--三相负载星形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ第四十六页，共59页。三相交流电路的小结(3)--三相电路计算负载形接法对称负载下：各相电压、电流单独计算。负载不对称时：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。负载Y形接法电源对称时：第四十七页，共59页。三相交流电路的小结(4)--三相功率计算三相总功率：负载对称时：和接法无关第四十八页，共59页。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)第四十九页，共59页。(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。第五十页，共59页。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)S

1断、S

2闭合时,各电流表读数和有功功率P。例2：AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十一页，共59页。解：(1)由已知条件可求得AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十二页，共59页。(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

=3kWAZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十三页，共59页。I2

=0A(3)S1断开、S2闭合时变为单相电路Z12Z23