电工学第四章三相交流电路优秀课件.ppt

电工学第四章三相交流电路第1页，本讲稿共39页第第5章章 三相电路三相电路本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.1.搞清对称三相负载搞清对称三相负载搞清对称三相负载搞清对称三相负载Y Y和和和和联结时相线电压、相线联结时相线电压、相线联结时相线电压、相线联结时相线电压、相线 电流关系电流关系电流关系电流关系;2.2.掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正 确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用;3.3.掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。第2页，本讲稿共39页WW1 1U U2 2V V1 1U U1 1V V2 2SN+_ _+WW2 2 图图图图5.1.1 5.1.1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图5.1 三相电压三相电压1.三相电压的产生三相电压的产生工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电+_eeU1U2 图图图图5.1.2 5.1.2 三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图图图图图5.1.3 5.1.3 每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组定子转子(尾端尾端尾端尾端)+e1e2e3U U1 1(首端首端首端首端)+U U2 2V V2 2V V1 1WW1 1WW2 2第3页，本讲稿共39页三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式相量表示相量表示相量表示相量表示铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同匝数相同匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差空间排列互差空间排列互差120120 :直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构第4页，本讲稿共39页相量图相量图相量图相量图波形图波形图波形图波形图相量表示相量表示相量表示相量表示U2U1.120120120U3.三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式uOu1u2u32120240360第5页，本讲稿共39页对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等最大值相等最大值相等最大值相等频率相同频率相同频率相同频率相同相位互差相位互差相位互差相位互差120120 称为对称三相电动势称为对称三相电动势称为对称三相电动势称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 L L1 1 L L2 2 L L3 3 第6页，本讲稿共39页N L2 L3L1NU1V1W12.三相电源的星形联结三相电源的星形联结(1)联接方式联接方式中性线中性线中性线中性线(零线、地线零线、地线零线、地线零线、地线)中性点端线端线端线端线(相线、火线相线、火线相线、火线相线、火线)在低压系统在低压系统在低压系统在低压系统,中性中性中性中性点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以也称地线。也称地线。也称地线。也称地线。相电压相电压相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压线电压线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压 Up Ul+第7页，本讲稿共39页(2)(2)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系根据根据根据根据KVLKVL定律定律定律定律由相量图可得由相量图可得相量图相量图相量图相量图 30L1NL2L3+第8页，本讲稿共39页同理同理同理同理3.三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结+L2L1L3第9页，本讲稿共39页5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路三相负载三相负载三相负载三相负载不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载：不满足不满足不满足不满足 Z Z1 1=Z Z2 2 =Z Z3 3 如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：对称三相负载：对称三相负载：对称三相负载：Z Z1 1=Z Z2 2=Z Z3 3 如如如如三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机1.三相负载三相负载分类分类分类分类单相负载：单相负载：单相负载：单相负载：只需一相电源供电只需一相电源供电只需一相电源供电只需一相电源供电 照明负载、家用电器照明负载、家用电器照明负载、家用电器照明负载、家用电器负载负载负载负载三相负载：三相负载：三相负载：三相负载：需三相电源同时供电需三相电源同时供电需三相电源同时供电需三相电源同时供电 三相电动机等三相电动机等三相电动机等三相电动机等三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接 三相负载也有三相负载也有三相负载也有三相负载也有 Y Y和和和和 两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。要根据负载的额定电压和电源电压确定。要根据负载的额定电压和电源电压确定。要根据负载的额定电压和电源电压确定。第10页，本讲稿共39页三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则 (1)(1)电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压=负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；(2)(2)单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L L1 1L L2 2电源电源电源电源L3保险丝保险丝保险丝保险丝三相四线制380/220伏N N 额定相电压为220伏的单相负载 额定线电压为380伏的三相负载第11页，本讲稿共39页+N NN N+Z1Z2Z3 2.负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路线电流：线电流：线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流：相电流：相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流结论：结论：负载负载 Y Y联联结时，线电结时，线电流等于相电流等于相电流。流。Y:Y:三相三线制三相三线制三相三线制三相三线制Y Y0 0：三相四线制：三相四线制：三相四线制：三相四线制(1)(1)联结形式联结形式联结形式联结形式N 电源中性点N负载中性点第12页，本讲稿共39页(2)(2)负载负载负载负载Y Y联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算1)1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压2)2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压3)3)线电流相电流线电流相电流线电流相电流线电流相电流Y 联结时：4)4)中线电流中线电流中线电流中线电流负载负载 Y Y 联结带中性线时联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算+N NN N+Z1Z2Z3第13页，本讲稿共39页+N NN N+Z1Z2Z3负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。(3)(3)对称负载对称负载对称负载对称负载Y Y 联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。第14页，本讲稿共39页例1：灯组，若R1=R2=R3=5，求线电流及中性线电流IN;若R1=5 ,R2=10 ,R3=20 ,求线电流及中性 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。负载为电线电流 IN。N+NR1R2R3L1L2L3第15页，本讲稿共39页中性线电流解：已知：(1)线电流 三相对称N+NR1R2R3L1L2L3第16页，本讲稿共39页(2)三相负载不对称（R1=5、R2=10 、R3=20）分别计算各线电流中性线电流中性线电流第17页，本讲稿共39页例例例例2 2：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析解解:(1)A1)A相短路相短路相短路相短路1)中性线未断中性线未断 此时此时此时此时 L1 相短路电流很大相短路电流很大相短路电流很大相短路电流很大,将将将将L1相熔断丝熔断相熔断丝熔断相熔断丝熔断相熔断丝熔断,而而而而 L2 相和相和相和相和 L3 相未受影响，其相相未受影响，其相相未受影响，其相相未受影响，其相电压仍为电压仍为电压仍为电压仍为220V,220V,正常工作。正常工作。正常工作。正常工作。在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况 (1)(1)L1相短路相短路相短路相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。(2)(2)L1相断路相断路相断路相断路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。R1R3R2L1L2NL3N第18页，本讲稿共39页 L L1 1L L2 2N NL L3 3N Ni i1 1i i3i i2 2+此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，L2相和相和相和相和L3相的电灯组由于承受电压上所加的相的电灯组由于承受电压上所加的相的电灯组由于承受电压上所加的相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压电压都超过额定电压电压都超过额定电压电压都超过额定电压(220V)(220V)，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。2)2)L1相短路相短路相短路相短路,中性线断开时中性线断开时中性线断开时中性线断开时,此时负载中性点此时负载中性点N N 即即即即为为为为L1,因此负载各相电压因此负载各相电压因此负载各相电压因此负载各相电压为为为为第19页，本讲稿共39页(2)(2)L1相断路相断路相断路相断路 2)2)中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开 L2、L3相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压,正常工作。正常工作。1)1)中性线未断中性线未断中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，如图如图如图如图(b)(b)所示所示所示所示,由图可求得由图可求得由图可求得由图可求得iL2L3u u 2 2u u 3 3+(b)(b)R1R3R2L1L2NL3N第20页，本讲稿共39页结论结论 （1 1）不对称负载）不对称负载）不对称负载）不对称负载Y Y联结又未接中性线时，负载相电压不再对联结又未接中性线时，负载相电压不再对联结又未接中性线时，负载相电压不再对联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。（2 2）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。电压对称。电压对称。电压对称。（3 3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。第21页，本讲稿共39页1.联结形式联结形式5.3 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路线电流线电流线电流线电流:流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流相电流相电流相电流:流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流 、L1+L2L3i1i2i3Z31Z12Z23第22页，本讲稿共39页线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2)相电流相电流(1)负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即:UP=Ul 一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称,即即2.分析计算分析计算分析计算分析计算相电流：线电流：U U1212=U U2323=U U3131=U Ul l=U UP PL1+i1i2i3Z31Z12Z23L2L3第23页，本讲稿共39页相量图相量图2312313130负载对称时负载对称时,相电流对称相电流对称相电流对称相电流对称，即，即，即，即23(3)线电流由相量图可求得由相量图可求得为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即 。线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流滞后滞后滞后滞后3030 。231231第24页，本讲稿共39页三相负载的联接原则三相负载的联接原则三相负载的联接原则三相负载的联接原则负载的额定电压负载的额定电压=电源的线电压电源的线电压应作 联结负载的额定电压=电源线电压应作 Y 联结 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源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。的联接方式无关。的联接方式无关。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25页，本讲稿共39页5.4 三相功率三相功率无论负载为无论负载为无论负载为无论负载为 Y Y 或或或或联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为 P Pp p=U Up p I Ip p coscos p p对称负载对称负载 联结时：联结时：同理同理对称负载对称负载Y联结时：联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：当负载对称时：P=3Up Ipcos p所以所以第26页，本讲稿共39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=380 V的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于Ul=220 V的三相电源上。例例1:解解:(1)第27页，本讲稿共39页(2)比较比较(1),(2)的结果的结果:有的电动机有两种额定电压有的电动机有两种额定电压,如如220/380 V。当电源电压为当电源电压为380 V时时,电动机的绕组应联结成星形；电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为当电源电压为220 V时时,电动机的绕组应联结成三角形。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28页，本讲稿共39页例例2:(1)(1)各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。可依据对称性写出。可依据对称性写出。可依据对称性写出。L1L2L3 线电压Ul为380 V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗 ;另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻R=10,如图所示。试求：(1)各组负载的相电流；(2)电路线电流；(3)三相有功功率。设解：第29页，本讲稿共39页负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为(2)(2)电路线电流电路线电流电路线电流电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示第30页，本讲稿共39页一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示(3)(3)三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o第31页，本讲稿共39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=4.5 kW，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。例例3：AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2第32页，本讲稿共39页或：或：P=I 2R P=UIcos tg =XL/R 解：解：(1)由已知条件可求得AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2第33页，本讲稿共39页(2)S1闭合、S2断开时 I1=I3=10A I2=17.32 A 流过电流表流过电流表 L L1 1、L L3 3的电的电流变为相电流流变为相电流 IP，流过电，流过电流表流表L L2 2 的电流仍为线电流的电流仍为线电流Il。因为开关因为开关S均闭合时均闭合时 每相有功功率每相有功功率 P=1.5 kW 当当 S1合、合、S2断时，断时，Z12、Z23 的相电压和相电流不的相电压和相电流不变，则变，则P12、P23不变。不变。P=P12+P23=3 kWAZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2第34页，本讲稿共39页A2=0A(3)S(3)S1 1断开、断开、断开、断开、S S2 2闭合时闭合时闭合时闭合时变为单相电路变为单相电路变为单相电路变为单相电路Z Z1212Z Z2323Z Z3131L L1 1L L3 3I1I2 I1 仍为相电流仍为相电流仍为相电流仍为相电流 I IP P ，I2 变为变为变为变为 1/2 IP P 。A A1=A A3 3=10 A+5 A=15A=10 A+5 A=15A I I2 变为变为变为变为 1/2 I IP，所以所以所以所以 L L1 1L L2 2、L L2 2L L3 3 相的功率变为原来的相的功率变为原来的相的功率变为原来的相的功率变为原来的1/4 。P=1/4 P12+1/4 P23+P31 =0.375 W+0.375 W+1.5 W =2.25 kWAZ Z3131AAS1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2第35页，本讲稿共39页 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40404040瓦瓦瓦瓦 日光日光日光日光灯灯灯灯210210盏盏盏盏(cos(cos 1 1=0.50.5)，6060瓦白炽灯瓦白炽灯瓦白炽灯瓦白炽灯9090盏盏盏盏(c(cosos 2 2=1),=1),它们的额它们的额它们的额它们的额定电压都是定电压都是定电压都是定电压都是220V220V，由，由，由，由380V380V/220V220V的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？线路电流为多少？线路电流为多少？线路电流为多少？例例例例4 4：解解解解:(1)(1)该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图N NL L1 13030盏盏盏盏+7070盏盏盏盏L L2 2L L3 3第36页，本讲稿共39页解解解解:(1)(1)该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图V (2)(2)计算线电流计算线电流计算线电流计算线电流U .设=220 0N NL L1 13030盏盏盏盏+7070盏盏盏盏L L2 2L L3 3第37页，本讲稿共39页L L1 1N N三层二层一层+L L2 2L L3 3例例例例5 5：某大楼电灯发生故障，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？这楼的电灯是如何联接的？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？解解解解:(1)(1)本系统供电线路图本系统供电线路图本系统供电线路图本系统供电线路图P第38页，本讲稿共39页(2)当当P处断开时，二、三层楼的灯串联接处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所电压，所以以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。电压亮度不变。(3)因为因为三楼灯多于二楼灯即三楼灯多于二楼灯即 R R3 3 R R2 2,所以三楼灯比所以三楼灯比二楼灯暗。二楼灯暗。解：解：解：解：(1)(1)本系统供电线路图本系统供电线路图本系统供电线路图本系统供电线路图PL L1 1N N三层二层一层+L L2 2L L3 3第39页，本讲稿共39页