电路原理三相电路 (2)优秀课件.ppt

电路原理三相电路(2)第1页，本讲稿共63页第第1212章章 三相电路三相电路12.1 12.1 三相电源三相电源12.2 12.2 对称三相电路对称三相电路 12.3 12.3 不对称三相电路示例不对称三相电路示例 12.4 12.4 三相电路的功率三相电路的功率 第2页，本讲稿共63页事事实实上上，电电力力系系统统所所采采用用的的供供电电方方式式绝绝大大多多数数属属于于三相制，日常用电是取自三相制中的一相。三相制，日常用电是取自三相制中的一相。三三相相制制电电力力系系统统：由由三三个个频频率率相相同同、相相位位互互差差120的的正正弦弦交流电源供电的系统。交流电源供电的系统。12.1 三相电源三三相相电电路路实实际际上上是是一一种种特特殊殊的的交交流流电电路路。正正弦弦交交流流电电路路的的分分析析方方法法对对三三相相电电路路完完全全适适用用。由由于于三三相相电电路路的的对对称称性，可采用一相电路分析，以简化计算。性，可采用一相电路分析，以简化计算。对对称称三三相相电电源源：三三个个频频率率相相同同、相相位位互互差差120的的正正弦弦交交流流电源按一定方式联接而成。电源按一定方式联接而成。第3页，本讲稿共63页一、对称三相电源的产生一、对称三相电源的产生通通常常由由三三相相同同步步发发电电机机产产生生，三三相相绕绕组组在在空空间间互互差差120，当当转转子子转转动动时时，在在三三相相绕绕组组中中产产生生感感应应电电压压，从从而而形成对称三相电源。形成对称三相电源。NSIAZBXCY三相同步发电机示意图三相同步发电机示意图第4页，本讲稿共63页1.瞬时值表达式瞬时值表达式A+XuAB+YuBC+ZuC2.波形图波形图 t OuAuBuuC请看演示请看演示第5页，本讲稿共63页3.相量表示相量表示1201201204.对称三相电源的特点对称三相电源的特点第6页，本讲稿共63页正序正序(顺序顺序)：ABCA负序负序(逆序逆序)：ACBAABC相序的相序的实际意义实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。以后如果不加说明，一般都认为是正相序。以后如果不加说明，一般都认为是正相序。ACBDABC123DACB123正转正转反转反转5.对称三相电源的对称三相电源的相序相序：三相电源中各相电源经过同一值：三相电源中各相电源经过同一值(如最如最大值大值)的先后顺序的先后顺序第7页，本讲稿共63页 三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多优点，三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多优点，主要有：主要有：(1)三相发电机比单相发电机输出功率高。三相发电机比单相发电机输出功率高。(3)性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电动机来说，意味着产生机接转矩均匀，电机振动小。动机来说，意味着产生机接转矩均匀，电机振动小。(2)经经济济：在在相相同同条条件件下下(输输电电距距离离，功功率率，电电压压和和损损失失)三相供电比单相供电省铜。三相供电比单相供电省铜。(4)三相制设备三相制设备(三相异步电动机，三相变压器三相异步电动机，三相变压器)简单，易于简单，易于 制造，工作经济、可靠。制造，工作经济、可靠。由于上述的优点，三相制得到广泛的应用。由于上述的优点，三相制得到广泛的应用。6.三相制的优点三相制的优点第8页，本讲稿共63页二、对称三相电源的联接二、对称三相电源的联接星形联接星形联接(Y接接)：把三个绕组的末端：把三个绕组的末端 X,Y,Z 接在一起，接在一起，把始端把始端 A,B,C 引出来。引出来。+ANX+BY+CZ1.联接联接A+X+BCYZABCN第9页，本讲稿共63页三角形联接三角形联接(接接)：三个绕组始末端分别对应相接。：三个绕组始末端分别对应相接。+AXBYCZ+A+X+BCYZABC名词介绍：名词介绍：端线端线(火线火线)：A,B,C 三端引出线。三端引出线。中线：中性点引出线中线：中性点引出线(接地时称地线接地时称地线)，接无中线。接无中线。三相三线制与三相四线制。三相三线制与三相四线制。第10页，本讲稿共63页 相电压：每相电源相电压：每相电源(负载负载)的电压的电压 相电流：流过每相电源相电流：流过每相电源(负载负载)的电流的电流 线电压：火线与火线之间的电压线电压：火线与火线之间的电压 线电流：流过火线的电流：线电流：流过火线的电流：Y接：接：接：接：接：接：Y接：接：第11页，本讲稿共63页(1)Y接接2.对称三相电源线电压与相电压的关系对称三相电源线电压与相电压的关系A+X+BCYZABCN第12页，本讲稿共63页利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：线电压对称线电压对称(大小相等，大小相等，相位互差相位互差120o)一般表示为：一般表示为：30o30o30o第13页，本讲稿共63页结论结论：对：对Y接法的接法的对称三相电源对称三相电源 所谓的所谓的“对应对应”：对应相电压用线电压的：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。第一个下标字母标出。(1)相电压对称，则线电压也对称。相电压对称，则线电压也对称。(3)线电压相位领先对应相电压线电压相位领先对应相电压30o。第14页，本讲稿共63页把上面的相量图改画一下，相互间关系保持不变。这把上面的相量图改画一下，相互间关系保持不变。这种相量图又称位形图。种相量图又称位形图。位位形形图图：位位形形图图是是相相量量图图的的一一种种，电电路路中中各各点点在在图图中中有有一一相相应应点点，此此点点的的位位置置就就代代表表电电路路中中该该点点的的电电位位，而而电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电位位差差就就可可以以位位形形图图上上相相应两点所连成的直线表示其大小和初相位。应两点所连成的直线表示其大小和初相位。位形图：位形图：NABC第15页，本讲稿共63页相量图与位形图的比较：相量图与位形图的比较：相同之处：都是电压相量图。相同之处：都是电压相量图。不同之处：位形图上点与电路图上的点有对应关系不同之处：位形图上点与电路图上的点有对应关系 相量图则没有这种关系。相量图则没有这种关系。这这两两种种电电压压相相量量图图都都可可以以用用来来分分析析电电路路。相相对对而而言言，位形图更直观，并且便于记忆。位形图更直观，并且便于记忆。三角形三条边是线电压三角形三条边是线电压,中线是相电压。中线是相电压。上上面面讨讨论论的的是是电电源源侧侧线线电电压压与与相相电电压压的的情情况况，对对于于负载端来说，如果负载相电压对称，则情况完全类似。负载端来说，如果负载相电压对称，则情况完全类似。ACBN第16页，本讲稿共63页(2)接接A+X+BCYZABC即线电压等于对应的相电压。即线电压等于对应的相电压。第17页，本讲稿共63页关于关于 接还要强调一点：始端末端要依次相连。接还要强调一点：始端末端要依次相连。正确接法正确接法错误接法错误接法I=0,接电源接电源中不会产生环流。中不会产生环流。注意：注意：I 0,接电源接电源中将会产生环流。中将会产生环流。第18页，本讲稿共63页 为为此此，当当将将一一组组三三相相电电源源连连成成三三角角形形时时，应应先先不不完完全全闭闭合合，留留下下一一个个开开口口，在在开开口口处处接接上上一一个个交交流流电电压压表表，测测量量回回路路中中总总的的电电压压是是否否为为零零。如如果果电电压压为为零零，说说明明连接正确，然后再把开口处接在一起。连接正确，然后再把开口处接在一起。VV型型接接法法的的电电源源：若若将将 接接的的三三相相电电源源去去掉掉一一相相，则则线线电电压压仍为对称三相电源。仍为对称三相电源。+ABCABC+第19页，本讲稿共63页12.2 对称三相电路 一、对称三相负载及其联接一、对称三相负载及其联接1.对对称称三三相相负负载载(均均衡衡三三相相负负载载)：三三个个相相同同负负载载(负负载载阻阻抗模相等，阻抗角相同抗模相等，阻抗角相同)以一定方式联接起来。以一定方式联接起来。2.对称三相负载的联接：两种基本联接方式对称三相负载的联接：两种基本联接方式ABCNZZZABCZZZ第20页，本讲稿共63页3.对称三相电路：由对称三相电源和对称三相负载联接而成。对称三相电路：由对称三相电源和对称三相负载联接而成。按按电电源源和和负负载载的的不不同同联联接接方方式式可可分分为为YY，Y0 Y0，Y ，Y，等。等。二、对称三相电路的计算二、对称三相电路的计算对称三相电路的计算方法是一相计算法。对称三相电路的计算方法是一相计算法。1.YY接接(三相三线制三相三线制)，Y0 Y0(三相四线制三相四线制)+_+_+NnZZZABCabc第21页，本讲稿共63页+_+_+NnZZZABCabc以以N点为参考点，对点为参考点，对n点列点列写节点方程：写节点方程：电源侧线电压对称，负载侧线电压也对称。电源侧线电压对称，负载侧线电压也对称。负载侧相电压：负载侧相电压：第22页，本讲稿共63页计算电流：计算电流：流过每相负载的电流与流过相应火线的线电流是同流过每相负载的电流与流过相应火线的线电流是同一电流，且三相电流也是对称的。一电流，且三相电流也是对称的。因因N，n两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为一相电路的计算。当求这样便可将三相电路的计算化为一相电路的计算。当求出相应的电压、电流后，再由对称性，可以直接写出其出相应的电压、电流后，再由对称性，可以直接写出其它两相的结果。它两相的结果。第23页，本讲稿共63页+_+_+NnZZZABCabc一相计算电路：一相计算电路：+ANnaZ由一相计算电路可得：由一相计算电路可得：由对称性由对称性可写出：可写出：第24页，本讲稿共63页结论：结论：有有无无中中线线对对电电路路情情况况没没有有影影响响。没没有有中中线线(YY接接，三三相相三三线线制制)，可可将将中中线线连连上上。因因此此，YY接接电电路路与与Y0Y0接接(有有中中线线)电电路路计计算算方方法法相相同同。且且中中线线有有阻阻抗抗时时可可短短路路掉。掉。对对称称情情况况下下，各各相相电电压压、电电流流都都是是对对称称的的，只只要要算算出出某某一一相相的的电电压压、电电流流，则则其其他他两两相相的的电电压压、电电流流可可直直接接写写出。出。UnN=0，中线电流为零。，中线电流为零。第25页，本讲稿共63页2.Y 接接+_+_+NZZZABCabc负载上相电压与线电压相等：负载上相电压与线电压相等：第26页，本讲稿共63页+_+_+NZZZABCabc计算相电流：计算相电流：线电流：线电流：30o30o30o30o第27页，本讲稿共63页结论：结论：(1)负载上相电压与线电压相等，且对称。负载上相电压与线电压相等，且对称。(2)线线电电流流与与相相电电流流也也是是对对称称的的。线线电电流流大大小小是是相相电电流的流的 倍，相位落后相应相电流倍，相位落后相应相电流30。故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余两相结果。两相结果。+ANnaZ/3+_+_+NZZZABCabcn第28页，本讲稿共63页+ANnaZ/33.电源为电源为 接时的对称三相电路的计算接时的对称三相电路的计算(Y，)+ABC+ABCN将将 接电源用接电源用Y接电源替代，保证其线电压相等，再根接电源替代，保证其线电压相等，再根据上述据上述YY，Y 接方法计算。接方法计算。第29页，本讲稿共63页4.一般对称三相电路的计算：一般对称三相电路的计算：b+_ACBZZlZlZlZZac+ANnaZ/3Zl第30页，本讲稿共63页小结：小结：1.三相电压、电流均对称。三相电压、电流均对称。负载为负载为Y接接线电流与对应的相电流相同。线电流与对应的相电流相同。负载为负载为 接接线电压与对应的相电压相同。线电压与对应的相电压相同。应如何设定正方向才能有此结论应如何设定正方向才能有此结论？+_ACB第31页，本讲稿共63页(1)将所有三相电源、负载都化为等值将所有三相电源、负载都化为等值YY接电路；接电路；(2)连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；(3)画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：(4)根根据据 、Y接接 线线量量、相相量量之之间间的的关关系系，求求出出原原电电路路的的电流电压。电流电压。(5)由对称性，得出其它两相的电压、电流。由对称性，得出其它两相的电压、电流。2.对称三相电路的对称三相电路的一般计算方法一般计算方法一相电路中的电压为一相电路中的电压为Y接时的相电压。接时的相电压。一相电路中的电流为线电流。一相电路中的电流为线电流。第32页，本讲稿共63页例例1.ABCZZZZlZlZl已已知知对对称称三三相相电电源源线线电电压压为为380V，Z=6.4+j4.8，Zl=6.4+j4.8。求负载求负载Z的相电压、线电压和电流。的相电压、线电压和电流。解：解：+A+BN+CZlZlZlZZZ+ANnaZZl第33页，本讲稿共63页+ANnaZZl第34页，本讲稿共63页例例2.ABCZZZABCZZZ一对称三相负载分别接成一对称三相负载分别接成Y接和接和 接。分别求线电流。接。分别求线电流。解：解：应用：应用：Y降压起动。降压起动。第35页，本讲稿共63页例例3.如如图图对对称称三三相相电电路路，电电源源线线电电压压为为380V，|Z1|=10，cos 1=0.6(滞后滞后)，Z1=j10，ZN=1+j2。求：线电流、相电流，并定性画出相量图求：线电流、相电流，并定性画出相量图(以以A相为例相为例)。+_+NACBZ1Z2ZNN解：解：+_Z1第36页，本讲稿共63页+_Z1根据对称性，得根据对称性，得B、C相的线电流、相电流：相的线电流、相电流：第37页，本讲稿共63页由此可以画出相量图：由此可以画出相量图：30o53.1o18.4o第38页，本讲稿共63页例例4.+_Z1Z1Z1Z2Z2Z2ZnZ4Z4Z4Z3Z3Z3ABC第39页，本讲稿共63页解解：首先进行：首先进行 Y变换，然后取变换，然后取A相计算电路：相计算电路：负载化为负载化为Y接。接。根据对称性，中性电阻根据对称性，中性电阻 Zn 短路。短路。+_Z1Z3Z2/3Z4/3第40页，本讲稿共63页电源不对称程度小电源不对称程度小(由系统保证由系统保证)。电路参数电路参数(负载负载)不对称情况很多。不对称情况很多。讨论对象：电源对称，负载不对称讨论对象：电源对称，负载不对称(低压电力网低压电力网)。分析方法：分析方法：不对称不对称复杂交流电路分析方法。复杂交流电路分析方法。不能抽单相不能抽单相。主要了解：中性点位移。主要了解：中性点位移。12.3 不对称三相电路示例 第41页，本讲稿共63页负载各相电压：负载各相电压：+_+_+NNZNZaZbZc三相负载三相负载Za、Zb、Zc不相同。不相同。第42页，本讲稿共63页负载中点与电源中点不重合，这个现象称为中点位移负载中点与电源中点不重合，这个现象称为中点位移.。在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，可能使负载的工作状态不正常。重不对称，可能使负载的工作状态不正常。相量图：相量图：ABCNNNN第43页，本讲稿共63页例例1.照明电路照明电路:(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。每每相相负负载载的的工工作作情情况况没没有有相相互互联联系，相对独立。系，相对独立。ABC380V220VN=N(2)假设中线断了假设中线断了(三相三线制三相三线制),A相电灯没有接入电路相电灯没有接入电路(三相不对称三相不对称)灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。ACBNNACBN190V190V380VACBNN第44页，本讲稿共63页(3)A相短路相短路380VABCNN380V超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。结结论论：(a)照照明明中中线线不不装装保保险险，并并且且中中线线较较粗粗。一一是是减减少少损损耗耗，二是加强强度二是加强强度(中线一旦断了，负载就不能正常工作中线一旦断了，负载就不能正常工作)。(b)要要消消除除或或减减少少中中点点的的位位移移，尽尽量量减减少少中中线线阻阻抗抗，然然而而从从经经济济的的观观点点来来看看，中中线线不不可可能能做做得得很很粗粗，应应适适当当调整负载，使其接近对称情况。调整负载，使其接近对称情况。ACBN第45页，本讲稿共63页例例2.相序仪电路。已知相序仪电路。已知1/(w w C)=R，三相电源对称。，三相电源对称。求：灯泡承受的电压。求：灯泡承受的电压。解：解：若若以以接接电电容容一一相相为为A相相，则则B相相电电压压比比C相相电电压压高高。B相相等较亮，等较亮，C相较暗相较暗(正序正序)。据此可测定三相电源的相序。据此可测定三相电源的相序。ACBNRCR第46页，本讲稿共63页上面分析的是电容上面分析的是电容C 的一个特定值，即的一个特定值，即1/(w wC)=R时。下时。下面分析当面分析当C为任意值时，这个结论也正确。为任意值时，这个结论也正确。定性分析：定性分析：ACBNCRRACBNRR(D)+_R/2第47页，本讲稿共63页 C=0,1/(w w C)=，开路。开路。N点在点在BC的中点的中点(D点点)。C=，1/(w w C)=0。N点移到的点移到的A点。点。N在半圆上移动。在半圆上移动。从位形图上看到从位形图上看到UBN UCN。故故B相灯比相灯比C相的亮。相的亮。+_R/2+_+_ANACBDNNC 第48页，本讲稿共63页例例3.ZZZA1A2A3S如如图图电电路路中中，电电源源三三相相对对称称。当当开开关关S闭闭合合时时，电电流流表的读数均为表的读数均为5A。求求：开开关关S打打开开后后各各电电流流表表的读数。的读数。解：解：开开关关S打打开开后后，电电流流表表A2中中的的电电流流与与负负载载对对称称时时的的电电流流相相同同。而而A1、A3中中的的电电流流相相当当于于负负载载对对称称时时的的相相电流。电流。电流表电流表A2的读数的读数=5A电流表电流表A1、A3的读数的读数=第49页，本讲稿共63页1.对称三相电路的平均功率对称三相电路的平均功率P12.4 三相电路的功率 对称三相负载对称三相负载Z Pp=UpIpcos 三相总功率三相总功率 P=3Pp=3UpIpcos 第50页，本讲稿共63页注意：注意：(1)为相电压与相电流的相位差角为相电压与相电流的相位差角(相阻抗角相阻抗角)，不要误以，不要误以为是线电压与线电流的相位差。为是线电压与线电流的相位差。(2)cos 为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数：为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数：cos A=cos B=cos C=cos 。2.无功功率无功功率Q=QA+QB+QC=3Qp(3)电源发出的功率。电源发出的功率。第51页，本讲稿共63页3.视在功率视在功率一般来讲，一般来讲，P、Q、S 都是指三相总和。都是指三相总和。4.瞬时功率瞬时功率功率因数也可定义为：功率因数也可定义为：cos =P/S (不对称时不对称时 无意义无意义)第52页，本讲稿共63页单相：瞬时功率脉动单相：瞬时功率脉动三相：瞬时功率平稳，三相：瞬时功率平稳，转矩转矩 m p可以得到均衡的机械力矩。可以得到均衡的机械力矩。tpO3UIcosp tOUIcos第53页，本讲稿共63页5.三相功率的测量三相功率的测量(对称，不对称对称，不对称)(1)三表法：三表法：若负载对称，则需一块表，读数乘以若负载对称，则需一块表，读数乘以 3。*三相负载WWWABCN*第54页，本讲稿共63页(2)二表法：二表法：这这种种量量测测线线路路的的接接法法是是将将两两个个功功率率表表的的电电流流线线圈圈接接到到任任意意两两相相中中，而而将将其其电电压压线线圈圈的的公公共共点点接接到到另另一一相相没没有功率表的线上。有功率表的线上。若若W1的读数为的读数为P1，W2的读数为的读数为P2，则，则 P=P1+P2 即为三相总功率。即为三相总功率。三相负载W1ABC*W2第55页，本讲稿共63页证明证明：(设负载为设负载为Y接接)上面两块表的接法正好满足了这个式子的要求，所以上面两块表的接法正好满足了这个式子的要求，所以两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。最后表达式仅与线电压有关，所以也适用最后表达式仅与线电压有关，所以也适用 接。接。p=uAN iA+uBN iB+uCN iC iA+iB+iC=0 (KCL)iC=(iA+iB)p=(uAN uCN)iA+(uBN uCN)iB =uACiA+uBC iB P=UACIAcos 1+UBCIBcos 2 iAACBiBiCN 1:uAC 与与iA的相位差，的相位差，2:uBC 与与iA的相位差。的相位差。第56页，本讲稿共63页1.只有在只有在 iA+iB+iC=0 这个条件下，才能用二表法这个条件下，才能用二表法(即即Y接，接，接接)。不能用于不对称三相四线制不能用于不对称三相四线制。3.接接正正确确极极性性接接线线时时，二二表表中中可可能能有有一一个个表表的的读读数数为为负负，此此时时功功率率表表指指针针反反转转，将将其其电电流流线线圈圈极极性性反反接接后后，指指针针指向正数，但此时读数应记为负值。指向正数，但此时读数应记为负值。注意：注意：2.两两块块表表读读数数的的代代数数和和为为三三相相总总功功率率，每每块块表表的的单单独独读读数数无意义。无意义。4.两两表表法法测测三三相相功功率率的的接接线线方方式式有有三三种种，注注意意功功率率表表的的同同名端。名端。第57页，本讲稿共63页分分析析：在在对对称称负负载载中中，每每相相负负载载的的阻阻抗抗角角为为多多少少时时，功功率率表的读数出现负值？表的读数出现负值？由位形图分析：由位形图分析：假设负载为感性，相电流假设负载为感性，相电流(即线电流即线电流)落后相电压落后相电压 。UAN，UBN，UCN为相电压。为相电压。P=P1+P2=UACIAcos 1+UBCIBcos 2=UlIlcos 1+UlIlcos 2 CBAN 1=30 ，2=30 +第58页，本讲稿共63页所以，所以，讨论：讨论：P1=UlIlcos 1=UlIlcos(30 )，P2=UlIlcos 2=UlIlcos(30+)=0P1P2P1=P1+P2 60o负数(零)(感性负载)60o负数(零)正数正数(容性负载)=90o0第59页，本讲稿共63页若负载为若负载为 接接(对称对称)：相电压即为线电压。：相电压即为线电压。其它两种接法可类似讨论。其它两种接法可类似讨论。P=P1+P2=UlIlcos 1+UlIlcos 2 =UlIlcos(30 )+UlIlcos(30+)1=60 30 ：ACB 2=30+：第60页，本讲稿共63页求：求：(1)线电流和电源发出总功率；线电流和电源发出总功率；(2)用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。解：解：例：例：Ul =380V，Z1=30+j40，电动机，电动机 P=1700W，cos=0.8(滞后滞后)。(1)DABCZ1电动机第61页，本讲稿共63页电动机负载：电动机负载：总电流：总电流：第62页，本讲稿共63页表表W1的读数的读数P1：DABCZ1电动机(2)两表的读数如图。两表的读数如图。W1*W2P1=UACIA2cos 1=380 3.23cos(30+36.9 )=1218.5W表表W2的读数的读数P2：P2=UBCIB2cos 2=380 3.23cos(156.9+90 )=481.6W第63页，本讲稿共63页