电工学中三相电路.ppt

第第5 5章章 三相电路三相电路5.1 三相电压三相电压5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路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5.4 三相功率三相功率5.1 三相电压三相电压WW1 1U U2 2V V1 1U U1 1V V2 2SN+_ _+WW2 2三相交流发电机原理图三相交流发电机原理图三相交流发电机原理图三相交流发电机原理图1.1.三相电压的产生三相电压的产生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定子转子转子1三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铁心(作为导磁路径作为导磁路径)三相绕组三相绕组匝数相同匝数相同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转子转子定子定子发电机结构发电机结构5.1 三相电压三相电压2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5.1 三相电压三相电压3对称三相电压的瞬时值之和为对称三相电压的瞬时值之和为 0 0，即，即 三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值(或相应零值或相应零值或相应零值或相应零值)的顺序称为相序。的顺序称为相序。的顺序称为相序。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120120120120对称三相电压对称三相电压对称三相电压对称三相电压三个正弦交流电压满足以下特征三个正弦交流电压满足以下特征 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 U U1 1 V V1 1 WW1 1 。5.1 三相电压三相电压42.2.2.2.三相电源的星形联结三相电源的星形联结三相电源的星形联结三相电源的星形联结(1)(1)连接方式连接方式中性线或零线中性线或零线中性线或零线中性线或零线中性点中性点端线或相线端线或相线端线或相线端线或相线相电压相电压相电压相电压：端线与中性线间：端线与中性线间：端线与中性线间：端线与中性线间 (发电机每相绕组发电机每相绕组发电机每相绕组发电机每相绕组)的电压的电压的电压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+(地线地线地线地线)(火线火线火线火线)5.1 三相电压三相电压5(2)(2)(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 305.1 三相电压三相电压6同理同理同理同理3.3.3.3.三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结5.1 三相电压三相电压75.2 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如单相负载组成的三相负载如单相负载组成的三相负载如单相负载组成的三相负载如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1.1.三相负载三相负载三相负载三相负载单相负载：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 如照明负载、家用电器如照明负载、家用电器如照明负载、家用电器如照明负载、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 如三如三如三如三相电动机等相电动机等相电动机等相电动机等三相负载的连接三相负载的连接三相负载的连接三相负载的连接 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 Y Y形和形和形和形和形形形形两种接法，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，要，要，要根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。8三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)(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)(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。5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路92.2.2.2.负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路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：结论：结论：负载负载负载负载 Y Y形形形形连结时，线连结时，线连结时，线连结时，线电流等于相电流等于相电流等于相电流等于相电流。电流。电流。电流。(1)(1)连结形式连结形式连结形式连结形式N 电源中性点电源中性点N负载中性点负载中性点 IP IL5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路10(2)(2)(2)(2)负载负载负载负载Y Y Y Y形联结三相电路的计算形联结三相电路的计算形联结三相电路的计算形联结三相电路的计算 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 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 线电流相电流线电流相电流线电流相电流线电流相电流 中性线电流中性线电流中性线电流中性线电流负载负载负载负载Y Y形联结带中性线时形联结带中性线时形联结带中性线时形联结带中性线时,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。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。Y形联结时：形联结时：5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路11 负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流,可省可省掉中性线。掉中性线。(3)(3)对称负载对称负载对称负载对称负载Y Y形联结三相电路的计算形联结三相电路的计算形联结三相电路的计算形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，只需计负载对称时，只需计算一相电流，其他两相算一相电流，其他两相电流可根据对称性直接电流可根据对称性直接写出。写出。因为三相电压对称，且因为三相电压对称，且Z1=Z2=Z3，5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路12例例1：一星形联结的三相电路，电源电压对称。设一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压电源线电压 。负载。负载为白炽灯组。若为白炽灯组。若R1=R2=R3=5 ，求线电流及中性，求线电流及中性线电流线电流IN;若若R1=5 ,R2=10 ,R3=20 ,求线电流求线电流及中性线电流及中性线电流 IN。5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路13中性线电流中性线电流解：解：已知已知(1)线电流线电流 三相对称三相对称5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路14(2)三相负载不对称三相负载不对称（R1=5 、R2=10 、R3=20 ）分别计算分别计算各线电流各线电流中性线电流中性线电流5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路15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 1)L L1 1相短路相短路相短路相短路 中性线未断中性线未断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相熔丝熔断相熔丝熔断相熔丝熔断相熔丝熔断,而而而而 L2 相和相和相和相和 L3 相未受影响，其相电压仍相未受影响，其相电压仍相未受影响，其相电压仍相未受影响，其相电压仍为为为为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。（R1=5，R2=10 ，R3=20 ）5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路16 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相的白炽灯组上所加的电压都超过额定电压相的白炽灯组上所加的电压都超过额定电压相的白炽灯组上所加的电压都超过额定电压相的白炽灯组上所加的电压都超过额定电压 (220V),220V),这是不容许的。这是不容许的。这是不容许的。这是不容许的。中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开 此时负载中性点此时负载中性点N N 即为即为即为即为L1,因此负载各相电压为因此负载各相电压为因此负载各相电压为因此负载各相电压为5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路17 (2)(2)L1相断路相断路相断路相断路 中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开 L2、L3相电灯仍承受相电灯仍承受220V电压电压,正常工作。正常工作。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5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路18结结 论论 (1)(1)不对称负载不对称负载不对称负载不对称负载Y Y形连结又未接中性线时，负载相电形连结又未接中性线时，负载相电形连结又未接中性线时，负载相电形连结又未接中性线时，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。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。(2)(2)中性线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中性线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中性线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中性线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。相电压对称。相电压对称。相电压对称。(3)(3)若照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供若照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供若照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供若照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线电方式，且中性线电方式，且中性线电方式，且中性线 (指干线指干线指干线指干线)内不允许接熔断器或刀闸内不允许接熔断器或刀闸内不允许接熔断器或刀闸内不允许接熔断器或刀闸开关。开关。开关。开关。5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路191.1.连结形式连结形式连结形式连结形式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 、20线电流不等于相电流线电流不等于相电流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2.2.分析计算分析计算分析计算分析计算相电流：相电流：线电流：线电流：U U1212=U U2323=U U3131=U UL L=U UP P5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路21相量图相量图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(3)线电流线电流由相量图可求得由相量图可求得 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 。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 。5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路22三相负载的连接原则三相负载的连接原则三相负载的连接原则三相负载的连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应作 形连接形连接负载的额定电压负载的额定电压=电源线电压电源线电压应作应作 Y 形连接形连接 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的连应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的连应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的连应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的连接方式无关。接方式无关。接方式无关。接方式无关。三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照明负载一般都联结成星形明负载一般都联结成星形明负载一般都联结成星形明负载一般都联结成星形(具有中性线具有中性线具有中性线具有中性线)。5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路235.4 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 形或形或形或形或形联结，每相有功功率都应为形联结，每相有功功率都应为形联结，每相有功功率都应为形联结，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 形连接时形连接时 同理同理对称负载对称负载Y Y形连接时形连接时 相电压与相相电压与相相电压与相相电压与相电流的相位差电流的相位差电流的相位差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24 有一三相电动机有一三相电动机,每相的等效电阻每相的等效电阻 R=29,等效等效感抗感抗XL=21.8,试求下列两种情况下电动机的相电流、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线电流以及从电源输入的功率,并比较所得结果。并比较所得结果。(1)绕组连成星形，接于绕组连成星形，接于UL=380 V的三相电源上的三相电源上;(2)绕组连成三角形绕组连成三角形,接于接于UL=220 V的三相电源上。的三相电源上。例例1:解解:(1)5.4 三相功率三相功率25(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,电动机的绕组应连接成星形；电动机的绕组应连接成星形；当电源电压为当电源电压为220 V时时,电动机的绕组应连接成三角形。电动机的绕组应连接成三角形。在三角形和星形两种连接法中在三角形和星形两种连接法中,相电压、相电流相电压、相电流以及功率都未改变以及功率都未改变，仅，仅三角形联结情况下的线电流三角形联结情况下的线电流为星形联结情况下的线电流为星形联结情况下的线电流 倍倍。5.4 三相功率三相功率26例例2:(1)(1)各组负载的相电流各组负载的相电流各组负载的相电流各组负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其他两相可依据对由于三相负载对称，所以只需计算一相，其他两相可依据对由于三相负载对称，所以只需计算一相，其他两相可依据对由于三相负载对称，所以只需计算一相，其他两相可依据对称性写出。称性写出。称性写出。称性写出。线电压线电压UL为为380 V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗 ;另一组另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻是星形联结的电阻性负载，每相电阻RY=10,如图所示。试求：如图所示。试求：设设解：解：（1 1）各组负载的相电流；）各组负载的相电流；(2)(2)电路线电流；电路线电流；(3)(3)三相有功功率。三相有功功率。5.4 三相功率三相功率27负载星形联结时，其线电流为负载星形联结时，其线电流为负载星形联结时，其线电流为负载星形联结时，其线电流为负载三角形联结时，其相电流为负载三角形联结时，其相电流为负载三角形联结时，其相电流为负载三角形联结时，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5.4 三相功率三相功率28一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 67o5.4 三相功率三相功率29 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40W日光灯日光灯 70盏盏(cos 1=0.5)，60W白炽灯白炽灯 30盏盏(cos 2=1),它们的额定电压都是它们的额定电压都是220V，由，由380/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下电网。这种情况下,线路电流为多少？线路电流为多少？例例3 3：解解:(1)该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图5.4 三相功率三相功率30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 .设设 =220 05.4 三相功率三相功率31