三相交流电路---星形连接和三角形连接教学内容.ppt

三相交流电路三相交流电路-星形连接星形连接和三角形连接和三角形连接授课日期：授课日期：2010.9 2010.9 班次：班次：0808建筑建筑1 1、2 2、3 3班班 授课时数：授课时数：3 3第第1 1章章 三相交流电路三相交流电路教学目的：教学目的：l了解三相交流电的产生；了解三相交流电的产生；l理解三相电源的特点；理解三相电源的特点；l掌握三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系掌握三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系重点：重点：三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系难点：难点：与重点相同与重点相同教学过程教学过程：1.1三相电源与三相负载三相电源与三相负载1.1.1三相交流电的产生三相交流电的产生1.定义定义2.特点特点3.产生产生1.1.2三相电源与三相负载的连接三相电源与三相负载的连接1.三相电源的星形联结三相电源的星形联结2.三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结3.三相负载的星形联结三相负载的星形联结4.三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结5.典型例题分析典型例题分析电电能能可可以以由由热热能能（火火力力发发电电）、核核能能（核核能能发发电电）、水水能能（水水力力发发电电）、风能风能（风力发电）、（风力发电）、太阳能太阳能（太阳能电站）（太阳能电站）、地热能地热能等转换而得。等转换而得。第第1章章三相交流电路三相交流电路在在电电力力系系统统中中，电电力力是是由由发发电电厂厂生生产产的的，它它是是将将自自然然界界蕴蕴藏藏的的各各种种一一次次能能源源转转换换为为电电能能（二次能源）的工厂。（二次能源）的工厂。1 1火力发电厂火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能来生产电能的。我国的火电厂主要是燃煤。我国的火电厂主要是燃煤。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与它联轴的发电机旋转发压的蒸汽，推动汽轮机转动，使与它联轴的发电机旋转发电。电。其能量转换过程是：锅炉锅炉燃料的化学能燃料的化学能热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能发电机发电机电能电能(蒸汽管道)（冷凝器)（河流或水库）（变电所）输送带（涡轮）（煤炭供应）（锅炉）（大烟囱）（发电机）（冷却水）2水力发电厂 水力发电厂简称水电厂或水电站。（它是利用水流的位能来生产电能的。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。）其能量转换过程是：水流位能水流位能水轮机水轮机机械能机械能发电机发电机电能电能乌江渡发电厂乌江渡发电厂高高165米米 水力发电厂的容量大小决定水力发电厂的容量大小决定于上下游的于上下游的水位差水位差（简称（简称水头水头）和和流量的大小流量的大小。因此，水力发电厂往往因此，水力发电厂往往需要修建拦河大坝等水工建筑需要修建拦河大坝等水工建筑物以形成集中的水位差，并依物以形成集中的水位差，并依靠大坝形成具有一定容积的水靠大坝形成具有一定容积的水库以调节河水流量库以调节河水流量.世界第一大的水电工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下世界第一大的水电工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲坝水利枢纽工程游葛洲坝水利枢纽工程38公里。三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程两公里。三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程两部分，工程总投资为部分，工程总投资为954.6亿元人民币。亿元人民币。1994年年12月月14日正式动工修建，日正式动工修建，2006年年5月月20日全线建成。日全线建成。2010年年7月月19日，日，三峡大坝迎来了一次峰值在三峡大坝迎来了一次峰值在65000立方米立方米/秒左右的洪水。堪比秒左右的洪水。堪比1998年长江三峡河年长江三峡河段的最高峰值，这也是三峡水库建成以来所面临的规模最大的一次洪水挑战。段的最高峰值，这也是三峡水库建成以来所面临的规模最大的一次洪水挑战。三峡大坝鸟瞰图 大坝为混凝土重力坝，坝顶总长大坝为混凝土重力坝，坝顶总长30353035米，坝顶高程米，坝顶高程185185米，正常蓄水位米，正常蓄水位175175米，米，总库容总库容393393亿立方米，其中防洪库容亿立方米，其中防洪库容221.5221.5亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。亿立方米，能够抵御百年一遇的特大洪水。配有配有2626台发电机的两个电站年均发电量台发电机的两个电站年均发电量849849亿度。航运能力从原有的亿度。航运能力从原有的10001000万吨提高到万吨提高到50005000万吨，万吨级船队可直达重庆，同时万吨，万吨级船队可直达重庆，同时运输成本也将降低运输成本也将降低3535。3 3核能发电厂核能发电厂 核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核电厂核电厂或或核电站核电站。它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。它的生产过程与火电厂基本相同，主要区别是以核反应堆它的生产过程与火电厂基本相同，主要区别是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了大量（俗称原子锅炉）代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量转换过程是：的煤炭。其能量转换过程是：反应堆反应堆核裂变能核裂变能热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能发电机发电机电能电能 俄国悬浮核能发电厂核能发电厂4、风力发电厂发电厂 5、地热发电厂发电厂 6、太阳能发电厂发电厂1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生1 1三相交流电路的定义三相交流电路的定义 由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。所所谓谓三三相相交交流流电电路路是是指指由由三三个个频频率率相相同同、最最大大值值（或或有有效效值值）相相等等、在在相相位位上上互互差差120120电电位位角角的的单单相相交交流流电电动动势势组组成成的的电电路路，这这三三个个单单相相交交流流电电动势称为动势称为三相对称电动势三相对称电动势。第第1章章三相交流电路三相交流电路1.1.1 1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生2 2三相交流电有何特点三相交流电有何特点？优点：优点：（1 1）三三相相交交流流发发电电机机比比功功率率相相同同的的单单相相交交流流发发电电机机体体积积小小、重重量量轻、成本低；轻、成本低；（2 2）电电能能输输送送，当当输输送送功功率率相相等等、电电压压相相同同、输输电电距距离离一一样样，线线路路损损耗耗也也相相同同时时，用用三三相相制制输输电电比比单单相相制制输输电电可可大大大大节节省省输输电电线线有有色色金金属属的的消消耗耗量量，即即输输电电成成本本较较低低。三三相相输输电电的的用用铜铜量量仅仅为为单单相相输输电电用用铜量的铜量的 ；（3 3）目目前前获获得得广广泛泛应应用用的的三三相相异异步步电电动动机机，是是以以三三相相交交流流电电作作为为电电源源，它它与与单单相相电电动动机机或或其其它它电电动动机机相相比比，具具有有结结构构简简单单、价价格格低低廉廉、性能良好和使用维护方便性能良好和使用维护方便等优点。等优点。因此在现代电力系统中，三相交流电路获得广泛应用。因此在现代电力系统中，三相交流电路获得广泛应用。3 3三相交流电如何产生的三相交流电如何产生的？三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。三相交流电动三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。三相交流电动势由三相交流发电机产生，它是在单相交流发电机的基础上发展而来势由三相交流发电机产生，它是在单相交流发电机的基础上发展而来的，如图的，如图1.1所示。所示。图1.1 三相交流发电机 1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生 磁极放在转子上，一般均由直流电通过励磁绕组产生一个很强的磁极放在转子上，一般均由直流电通过励磁绕组产生一个很强的恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割转子磁场而感应出转子磁场而感应出三相交流电动势三相交流电动势。这三个电动势的三角函数表达式为 转子转子直流电直流电其波形图如图其波形图如图1.2（a）所示，相量图如图）所示，相量图如图1.2（b）所示。）所示。图图1.2三相交流电动势三相交流电动势从从图图1.2（a）中中可可以以看看出出，三三相相交交流流电电动动势势在在任任一一瞬瞬间间其其三三个个电电动动势的代数和为零。即势的代数和为零。即在在图图1.2（b）中中还还可可看看出出三三相相正正弦弦交交流流电电动动势势的的相相量量和和也也等等于于零零，即即1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生把把它它们们称称做做三三相相对对称称电电动动势势，规规定定每每相相电电动动势势的的正正方方向向是是从从线线圈圈的末端指向首端的末端指向首端(或由低电位指向高电位或由低电位指向高电位)。1.1.2三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接案例案例1.2发电站由三相交流发电机发出的三相交流电，通过三相输电发电站由三相交流发电机发出的三相交流电，通过三相输电线传输、分配给不同的用户。线传输、分配给不同的用户。如：工厂的用电设备一般为三相低压用电如：工厂的用电设备一般为三相低压用电设备，功率较大；家庭用电设备一般为单相低压用电设备，功率较小。设备，功率较大；家庭用电设备一般为单相低压用电设备，功率较小。问题：我们都听说过或看到过三相三线制供电方式和三相四线制供电问题：我们都听说过或看到过三相三线制供电方式和三相四线制供电方式。它们有何不同？如何连接？方式。它们有何不同？如何连接？三相交流发电机实际有三个绕组，六个接线端，我们目前采用的是三相交流发电机实际有三个绕组，六个接线端，我们目前采用的是将这三相交流电将这三相交流电按照一定的方式，连接成一个整体向外送电的按照一定的方式，连接成一个整体向外送电的。连接的。连接的方法通常为方法通常为星形星形和和三角形三角形。(一一)三相电源的连接：三相电源的连接：1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接根据使用方法的不同，电力系统的负载可以分成两类。根据使用方法的不同，电力系统的负载可以分成两类。l一类是象电灯这样有两根出线的，叫做一类是象电灯这样有两根出线的，叫做单相负载单相负载，又如：电风扇、收，又如：电风扇、收音机、电烙铁、单相电动机等都是单相负载；音机、电烙铁、单相电动机等都是单相负载；l一类是象三相电动机的这样的有三个接线端的负载，叫做一类是象三相电动机的这样的有三个接线端的负载，叫做三相负载三相负载。在三相负载中，在三相负载中，l如果每相负载的电阻均相等，电抗也相等（均为容抗或均为感抗），如果每相负载的电阻均相等，电抗也相等（均为容抗或均为感抗），则称为则称为三相对称负载三相对称负载；l如果各相负载不同，就是如果各相负载不同，就是三相不对称负载三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。，如三相照明电路中的负载。负载也和电源一样可以采用两种不同的连接方法，即：负载也和电源一样可以采用两种不同的连接方法，即：星形联结星形联结和和三角形联结。三角形联结。(二二)三相负载的连接：三相负载的连接：1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接图图1.3 1.3 三相电源的星形联结（有中性线）三相电源的星形联结（有中性线）l三相绕组末端相连的一点称三相绕组末端相连的一点称中性点中性点，一般用，一般用“N”表示。表示。l从中点引出的线叫从中点引出的线叫中性线中性线（简称中线简称中线），由于中线一般与大地相连，），由于中线一般与大地相连，通常又称为通常又称为地线（或零线）地线（或零线）。l从首端从首端U1、V1、W1引出的三根导线称引出的三根导线称相线（或端线相线（或端线）。由于它与大。由于它与大地之间有一定的电位差，一般又通称地之间有一定的电位差，一般又通称火线火线。2）中点、中性线、相线：）中点、中性线、相线：将电源的三相绕组末端将电源的三相绕组末端U2、V2、W2连在一起，首端连在一起，首端U1、V1、W1分别与分别与负载相连，这种方式就叫做负载相连，这种方式就叫做星形联结星形联结。其接法如图其接法如图1.3所示。所示。1）星形联结：）星形联结：（1 1）基本概念）基本概念 1三相电源的星形联结（三相电源的星形联结（Y接）接）1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接图图1.3 1.3 三相电源的星形联结（有中性线）三相电源的星形联结（有中性线）由三根火线和一根地线所组成的输电方式称由三根火线和一根地线所组成的输电方式称三相四线制。三相四线制。（通常在低压配电系统中采用）。（通常在低压配电系统中采用）。只由三根火线所组成的输电方式称只由三根火线所组成的输电方式称三相三线制。三相三线制。（在高压输电时采用较多）。（在高压输电时采用较多）。3）输电方式：）输电方式：1三相电源的星形联结（三相电源的星形联结（Y接）接）1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接（2 2）三相电源星形联结时的电压关系）三相电源星形联结时的电压关系1 1）相电压）相电压2 2）线电压）线电压 相电压与线电压参考方向的规定：相电压与线电压参考方向的规定：相电压的正方向是由首端指向中点相电压的正方向是由首端指向中点N，例，例如电压如电压是由首端是由首端U1指向中点指向中点N线电压的方向，线电压的方向，如如是由首端是由首端U1指向首端指向首端V1。如图。如图1.3所示。所示。即每个绕组的首端与末端之间的电即每个绕组的首端与末端之间的电压。相电压的有效值用压。相电压的有效值用 表示；表示；、即各绕组首端与首端之间的电压，即任意两根相线之间的电压叫做即各绕组首端与首端之间的电压，即任意两根相线之间的电压叫做线电压，其有效值分别用线电压，其有效值分别用 表示。表示。、图图1.3三相电源的星形联结（有中性线）三相电源的星形联结（有中性线）1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接故两端线故两端线U和和V之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即线电压大小利用几何关系可求得为：线电压大小利用几何关系可求得为：同理可得：同理可得：结论：三相电路中线电压的大小是相电压的结论：三相电路中线电压的大小是相电压的倍倍，其公式为，其公式为图图1-4 1-4 电源星型联结时的电压相量图电源星型联结时的电压相量图3）线电压）线电压UL与相电压与相电压UP的关系的关系三相电源三相电源Y形联结时的电压相量图，形联结时的电压相量图，如图如图1.4所示。三个相电压大小相等，所示。三个相电压大小相等，在空间各相差在空间各相差120120。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接 平常我们讲电源电压为平常我们讲电源电压为220V220V，即是指相电压；讲电源电压，即是指相电压；讲电源电压为为380V380V，即是指线电压。，即是指线电压。由此可见：三相四线制的供电方式可以给负载提供两种电由此可见：三相四线制的供电方式可以给负载提供两种电压，即线电压压，即线电压380V380V和相电压和相电压220V220V，因而在实际中获得了广泛，因而在实际中获得了广泛的应用。的应用。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接2三相电源的三角形联结（三相电源的三角形联结（接）接）（1）基本概念）基本概念 如图如图1.5所示，将电源一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次相连所示，将电源一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次相连（接成一个三角形），再从首端（接成一个三角形），再从首端U1、V1、W1分别引出端线，这种连接方分别引出端线，这种连接方式就叫式就叫三角形联结三角形联结。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接（2 2）三相电源三角形联结时的电压关系）三相电源三角形联结时的电压关系所以，三相电源三角形联结时，电路中所以，三相电源三角形联结时，电路中线电压的大小与相电压的大小相等线电压的大小与相电压的大小相等即：即：由由图图可见可见由由相量图相量图5.6可以看出，三个线电压之和为零，即：可以看出，三个线电压之和为零，即：同理可得，在电源的三相绕组内部三个电动势的相量和也为零，即同理可得，在电源的三相绕组内部三个电动势的相量和也为零，即1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接3三相负载的星形联结三相负载的星形联结（1）接线特点）接线特点如图：为三相负载星形联结电路图，它的接线原则与电源的星如图：为三相负载星形联结电路图，它的接线原则与电源的星形联结相似，即形联结相似，即将每相负载末端连成一点将每相负载末端连成一点N（中性点（中性点N），首端），首端U、V、W分别接到电源线上。分别接到电源线上。中线电流对应的相量式为中线电流对应的相量式为1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接图图5.75.7的接线方式是只有三根相线，而没有中性线的电路，即的接线方式是只有三根相线，而没有中性线的电路，即三相三线制三相三线制，图，图5.85.8的接线方式除三根相线外，在中性点还接有中性线，即的接线方式除三根相线外，在中性点还接有中性线，即三相四线制三相四线制。三相四线制除供电给三相负载外，还可供电给单相负载，故凡有照明、单三相四线制除供电给三相负载外，还可供电给单相负载，故凡有照明、单相电动机、电扇、各种家用电器的场合，也就是说一般低压用电场所，大多相电动机、电扇、各种家用电器的场合，也就是说一般低压用电场所，大多采用三相四线制采用三相四线制。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接（2）电压、电流关系）电压、电流关系线电压线电压：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压；三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压；相电压相电压：每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电线上的电压降时，每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压负载的相电压就等于电源的相电压；线电流线电流：流过每根相线上的电流叫线电流；流过每根相线上的电流叫线电流；相电流相电流：流过每相负载的电流叫相电流；流过每相负载的电流叫相电流；中线电流中线电流：流过中线的电流叫中线电流。流过中线的电流叫中线电流。对于三相电路中的每一相而言，可以看成一个单相电路，所以各相电对于三相电路中的每一相而言，可以看成一个单相电路，所以各相电流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接（3）三相四线制的特点是：）三相四线制的特点是：1）相电流）相电流等于线电流等于线电流，即，即2）加在负载上的相电压）加在负载上的相电压和线电压和线电压之间有如下关系之间有如下关系3）流过中性线）流过中性线N的电流的电流为为 当三相电路中的负载完全对称时，在任意一个瞬间，三个相电流中，当三相电路中的负载完全对称时，在任意一个瞬间，三个相电流中，总有一相电流与其余两相电流之和大小相等，方向相反，正好互相抵消。总有一相电流与其余两相电流之和大小相等，方向相反，正好互相抵消。所以，流过中性线的电流等于零。所以，流过中性线的电流等于零。因此，在三相对称电路中，当负载采用星形联结时，由于流过中性线因此，在三相对称电路中，当负载采用星形联结时，由于流过中性线的电流为零，故三相四线制就可以变成三相三线制供电。的电流为零，故三相四线制就可以变成三相三线制供电。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接4三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结（1）接线特点）接线特点 将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形联结三角形联结，如图5.10所示。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接（2）电压、电流关系）电压、电流关系 由于三角形联结的各相负载是接在两根相线之间，因此负载的相电压就是线电压。假设三相电源及负载均对称，则三相电流大小均相等：假设三相电源及负载均对称，则三相电流大小均相等：1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接三个相电流在相位上互差三个相电流在相位上互差120度，图度，图5.11画出了它们的相量图，并假画出了它们的相量图，并假定电压超前电流一个角度。所以，线电流分别为：定电压超前电流一个角度。所以，线电流分别为：由图由图5.11通过几何关系不难证明通过几何关系不难证明。从矢量图中还可看到线电。从矢量图中还可看到线电流和相电流不同相，线电流滞后相应的相电流一个流和相电流不同相，线电流滞后相应的相电流一个30电角。电角。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接2）线电流）线电流是相电流是相电流的的倍，即倍，即 在三相三线制电路中，根据在三相三线制电路中，根据KCLKCL，把整个三相负载看成一个节点的话，把整个三相负载看成一个节点的话，则不论负载的接法如何，以及负载是否对称，三相电路中的三个线电流的则不论负载的接法如何，以及负载是否对称，三相电路中的三个线电流的瞬时值之和或三个线电流的相量和总是等于零，即瞬时值之和或三个线电流的相量和总是等于零，即 例例1.1 1.1 有有三三个个100100的的电电阻阻，将将它它们们联联结结星星形形或或三三角角形形，分分别别接接到到线线电电压压为为380380的的对对称称三三相相电电源源上上。试试求求：线线电电压压、相电压、线电流和相电流各是多少。相电压、线电流和相电流各是多少。因此三相对称负载三角形联结的电流、电压关系为：因此三相对称负载三角形联结的电流、电压关系为：1）线电压）线电压与相电压与相电压相等，即相等，即负载的相电流（等于线电流负载的相电流（等于线电流）（2）负载作三角形联结，如图（）负载作三角形联结，如图（b）所示。负载的线电压为）所示。负载的线电压为负载的相电压等于线电压负载的相电压等于线电压负载的相电流为负载的相电流为负载的线电流为相电流的负载的线电流为相电流的倍倍解：解：（1）负载作星形联结，如图负载作星形联结，如图（a）所示。负载的线电压为所示。负载的线电压为负载的相电压为线电压的负载的相电压为线电压的，即，即例例1.1 1.1 有有三三个个100100的的电电阻阻，将将它它们们联联结结星星形形或或三三角角形形，分分别别接接到到线线电电压压为为380380的的对称三相电源上。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少。对称三相电源上。试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少。1.12三相电源与负载的连接三相电源与负载的连接