《电工电子技术Ⅰ》第5章三相电路.ppt

第第5章章 三相电路三相电路 5.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路5.1 三相电压三相电压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 三相功率三相功率小结小结15.1 三相电压三相电压5.1.1 三相电动势的产生三相电动势的产生NS AXe在两磁极中间，放一个线圈。在两磁极中间，放一个线圈。根据右手定则可知，线圈中产根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由生感应电动势，其方向由AX让线圈以让线圈以 的速度顺时针旋转。的速度顺时针旋转。合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到线圈两端便可得到单相单相交流电动势交流电动势。1、单相交流电动势的产生、单相交流电动势的产生22、三相交流电动势的产生、三相交流电动势的产生定子中放三个线圈：定子中放三个线圈：首端首端末端末端三线圈空间位置各差三线圈空间位置各差120o转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。三个线圈中便的速度旋转。三个线圈中便产生三个以产生三个以正弦规律正弦规律变化的交流电动势。变化的交流电动势。U1U2V1V2W1W2e1e2e3U1U2V2W2SN 转子转子定子定子W1V13三相电动势三相电动势()-=240sintEme3()-=120sintEme2=sintEme1)120sin(+=tEm 45.1.2 三相电源的表示法三相电源的表示法1.瞬时值表达式瞬时值表达式()-=240sintEme3()-=120sintEme2=sintEme1)120sin(+=tEm Em 2.波形图波形图51E3E2E3.相量图相量图 =-=120120EEEE3210EE4.相量式相量式65.三相电源的特征三相电源的特征(1)对称。对称。大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120(2)相序。相序。U1V1W1(3)对称正弦量的瞬时值和与相量和为对称正弦量的瞬时值和与相量和为0。Em 0=+321EEEe1+e2+e3=01E3E2E7（中线）（中线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）:L1L2L3中线（零线）：中线（零线）：NL1U1V1L3L2W1N 三相电源的连接三相电源的连接星形接法星形接法8332211eueueu=1、相电压、相电压：火线对中线间的电压。：火线对中线间的电压。120 120 120 o o=01UUo-=1202UUo o-=2403UU3U2U 1U1u2u（中线中线）（火线火线）（火线火线）（火线火线）L1L3L2N3u92、线电压、线电压：两火线间的电压。：两火线间的电压。12u23u31u312312uuu注意规定的注意规定的正方向正方向3223UUU-=2112UUU-=1331UUU-=（中线中线）（火线火线）（火线火线）（火线火线）L1L3L2N103U12U2U1U23U31U2U-1U-3U-30 30 30 2112UUU-=3031U3223UUU-=-9032U1331UUU-=15033U3.相、线电压相、线电压 间的关系间的关系12U=3031U23U=3032U31U=3033U11UP：相电压相电压在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为=3PlUU线电压超前于相线电压超前于相应的相电压应的相电压30oUl：线电压线电压结论结论（U1、U2、U3）（U12、U23、U31）12U1U2V2W1V1W2N三相四线制三相四线制三相三线制三相三线制星形连接、引出中星形连接、引出中线，为负载提供两线，为负载提供两种电压：种电压：相电压和线电压相电压和线电压星形连接、不引出星形连接、不引出中线，为负载提供中线，为负载提供一种电压：线电压一种电压：线电压U1U2V2W1V1W2135.2 负载星形连接的三相电路负载星形连接的三相电路三相对称负载：三相对称负载：接在三相电源上的每一相负载的阻抗值接在三相电源上的每一相负载的阻抗值与阻抗角都相等。与阻抗角都相等。相电流（相电流（IP）：）：流过每一相负载的电流流过每一相负载的电流线电流（线电流（IL）：流过每一根火线的电流流过每一根火线的电流|Z1|=|Z2|=|Z3|1=2=3若满足若满足Z1=Z2=Z3:对称负载对称负载例：例：Z1=10、Z2=j10、Z3=-j10 是否为对称负载？是否为对称负载？不是不是14三相四线三相四线2i相电流相电流IP(负载上的电流负载上的电流)：Z1Z3Z2线电流线电流IL(火线上的电流火线上的电流)：1iL3L1L2N1u2u3u2Ni3Ni1Ni3i1NI、2NI、3NI 1I、2I、3I 1.连接连接三相四线制三相四线制15线电压线电压=相电压相电压,线电压超前相电压线电压超前相电压3030。2U12U3U31U23U1U2.特点特点=pULU3线电流线电流=相电流相电流=LpII中线电流中线电流NIL1L3L2NZZZ31U3U2U23U1U12U2i1i3iiN16一般线电压一般线电压 为已知，然后根据电压和负载求电流。为已知，然后根据电压和负载求电流。uLipiLuL=1I1UZ1=2I2UZ2=3I3UZ33N2N1NNIIII+=3.计算计算L22iZ1Z3Z21i3iL3L1NNi1u2u3u17（1）若为对称负载：）若为对称负载：即即：Z1=Z2=Z3=Z 因为因为：1U、2U、3U 对称对称1I、2I、3I 所以所以：对称对称计算时，只需计算一相，推出另外两相即可。计算时，只需计算一相，推出另外两相即可。且且2I3I1I1U2U3U=+=（中线电流为中线电流为0）0321NIIII各相、线电流大小相等，相互之间的相位差为各相、线电流大小相等，相互之间的相位差为1200（2）负载不对称时，各相单独计算。）负载不对称时，各相单独计算。18 已知：已知：三相负载三相负载 R、L、C 以及以及 三相线电压：三相线电压：求：各相、各线及中线电流求：各相、各线及中线电流 =0l12UU-=120l23UU =120l31UU L3RL1 L2 NLC1I3I2I1INI3I2I例例119解解：相相电电压压33=-=90130 1l313UUU-=-=303130 31l121UUU33-=-=150130 1l232UUU L3RL1 L2 NLC线线电电压压 =0l12UUNI1I =120l31UU-=120l23UU3NI2NI2I1NI3I20 相电流相电流：L3RL1 L2 NLCNI1I3NI2NI2I1NI3I=RUI11-=1CjUI33=LjUI22 321NIIII+=中线电流中线电流12U3U2I31U23U2U3INI1U1I21三相三线三相三线)(ZZZZ321=负载对称时负载对称时零线是否零线是否可以取消可以取消？三相完全对称时，零线可以取消三相完全对称时，零线可以取消!L1L3L2ZZZ0=+=321NIIII三相三线制三相三线制221）负载对称时，三相三线制各电压对称）负载对称时，三相三线制各电压对称2）若负载）若负载不对称不对称时，时，不能采用三相三线制！不能采用三相三线制！因为因为 此时各相负载上的电压将会出现不对称现象，此时各相负载上的电压将会出现不对称现象，负载不能正常工作。负载不能正常工作。3）因负载）因负载不对称不对称时，时，不能采用三相三不能采用三相三 线制！线制！所以，中线上不能安装开关所以，中线上不能安装开关 和保险丝。和保险丝。三相三线制供电时各相电流的计算方法同上。三相三线制供电时各相电流的计算方法同上。23照明负载星形如图所示接于线电压为照明负载星形如图所示接于线电压为380V的三相电源上。的三相电源上。灯泡的额定电压为灯泡的额定电压为220V。例例2求：求：（1）若一楼全部断开，二、三楼仍然接通若一楼全部断开，二、三楼仍然接通，分析中线，分析中线 断开前后的情况如何断开前后的情况如何?（2）若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量 不等（设二楼灯的数量为三层的不等（设二楼灯的数量为三层的/4）中线断开前后中线断开前后 结果如何？结果如何？L1L2L3N.一一层层二二层层三三层层（3）根据以上分析，照明电路能否采用三相三线制供电）根据以上分析，照明电路能否采用三相三线制供电 方式？方式？24若中线断开若中线断开，L1相断开后，相断开后，L2、L3 两相串联，线电压两相串联，线电压U23（380V）加在）加在L2、L3负载上。负载上。如果两相负载对称，则每相负载如果两相负载对称，则每相负载上的电压为上的电压为190V。低于灯泡的。低于灯泡的额定电压。额定电压。（1）若一楼全部断开，二、三楼仍然接通。若一楼全部断开，二、三楼仍然接通。若中线尚未断开若中线尚未断开，则，则二、三楼二、三楼工作状态不变。照明不受影响。工作状态不变。照明不受影响。结果为二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。结果为二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。解：解：L1L3L2.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼25（2）若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等（设若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等（设 二楼灯的数量为三层的二楼灯的数量为三层的1/4）时）时结果为二楼灯泡上的电压超过额定电结果为二楼灯泡上的电压超过额定电压，压，灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。V 76380513=RUV 304380542=RUL1L3L2R2R3若中线尚未断开若中线尚未断开，则，则二、三楼二、三楼工作状态不变。照明不受影响。工作状态不变。照明不受影响。若中线断开若中线断开，则，则26不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?（3）根据以上分析，照明电路不能采用三相三线制供电方）根据以上分析，照明电路不能采用三相三线制供电方 式。且中线上不能接开关和保险丝。式。且中线上不能接开关和保险丝。L1L3L2.一层楼一层楼二层二层楼楼三层楼三层楼N中线的作用在于，使星形连接的不对中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压称负载得到相等的相电压。因为负载。因为负载不对称而又没有中线时，负载上可能不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电压，都不能正常工作。比如，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。且必须保证零线可靠。27三相照明负载连接于相电压为三相照明负载连接于相电压为220v的三相四线制的对称电的三相四线制的对称电源上，源上，RA=5，RB=10，RC=20，试求以下几种情况，试求以下几种情况下负载的电压电流的有效值。下负载的电压电流的有效值。（1）正常情况下）正常情况下（2）A相短路时相短路时（3）A相短路，中线断开相短路，中线断开（4）A相断开相断开（5）A相断开，中线断开相断开，中线断开XXXABCN解解：（：（1）例例328XXXABCN（2）A相短路，相短路，A相电流很大，相电流很大，A相熔断器烧毁，相熔断器烧毁，B、C两相两相 不受影响，电流电压不变。不受影响，电流电压不变。（3）A相短路，中线断开相短路，中线断开AB、C相承受线电压相承受线电压（4）A相断开相断开XXXABCNB、C相不受影响相不受影响（5）A相断开、中线断开相断开、中线断开29L1L3L2Z Z1212Z Z2323Z Z3131线电压线电压=相电压相电压 plUU=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1.接法接法相电流相电流IP(负载上的电流负载上的电流)：线电流线电流IL(火线上的电流火线上的电流)：12I、23I、31I 1I、2I、3I 30相电流相电流线线电电流流31121III-=12232III-=23313III=-1212ZU=12I2323ZU=23I3131ZU=31I2.计算计算L1L3L2Z Z1212Z Z2323Z Z313131（2）负载对称时（）负载对称时（Z12=Z23=Z31=Z），各相电流有），各相电流有 效值相等，相位互差效值相等，相位互差120 。有效值为：。有效值为：UZIIIILP312312=（1）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。L1L3L2Z Z1212Z Z2323Z Z313132同理：同理：设：负载为阻性的，阻抗角为设：负载为阻性的，阻抗角为 0 。负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系31121III-=0L12UU=-303121II30 30 30=-303232II=-303313II12U23U31U31-I31I12I23I2I3I1I33三角形接法的对称负载三角形接法的对称负载-=303pLII pLUU=结论结论L1L3L2Z Z1212Z Z2323Z Z313134 对称负载的每相阻抗对称负载的每相阻抗Z=30+j40，电源线电压为，电源线电压为380v，求：，求：下列各种情况下的相、线电流。下列各种情况下的相、线电流。（1）正常情况）正常情况（2）AB相短路相短路（3）AB相断开相断开（4）A火线断开火线断开ZABZBCZCAABC解：解：（1）例例435ZABZBCZCAABC（2）AB相短路相短路AB火线有短路电流，若火线有短路电流，若AB火线熔断，则均无电流火线熔断，则均无电流（3）AB相断路相断路该相电流为零，其他两相不该相电流为零，其他两相不受影响。受影响。（4）A线断路线断路BC相不受影响，相不受影响，AB、CA两相负载串联接在两相负载串联接在B、C火线间，火线间，U、I均小于额定值。均小于额定值。照明负载不照明负载不能采用三角能采用三角形接法。形接法。36负载对称时：负载对称时：cos3ppIUP=5.4 三相电路的功率三相电路的功率321PPPP+=三相总有功功率：三相总有功功率：是每相是每相负载负载的阻抗角的阻抗角,是相是相电压超前于相电压超前于相电流的角度电流的角度 3pLpLIIUU=星形接法时星形接法时：3 pLpLIIUU=三角形接法时三角形接法时：cos3LLIUP=三相功率的计算三相功率的计算37 cos3LLIUP=sin3LLIUQ=3LLIUS=同理同理,可得可得 sin3LLIUQ=3LLIUS=在三相负载对称的条件下在三相负载对称的条件下,三相电三相电路总功率的计算与接法无关路总功率的计算与接法无关.38单相功率的测量单相功率的测量-电动式瓦特计电动式瓦特计在交流电路中在交流电路中 a acos=UkI其中，其中，为为 i,u 间的夹角间的夹角。指针偏指针偏转角度转角度iu负负载载功率的测量功率的测量*三相功率的测量三相功率的测量电流线圈电流线圈电压线圈电压线圈39P=3P1负 载ACBN一表法适用于三相四线制接法的对称负载。一表法适用于三相四线制接法的对称负载。三相功率的测量三相功率的测量 1.一表法：（用一个功率表测量）一表法：（用一个功率表测量）P1相电压相电压相电流相电流电压电压线圈线圈电流电流线圈线圈40负 载ACBN2.三表法：（用三个功率表测量）三表法：（用三个功率表测量）P=P1+P2+P3P1P2P3相电压相电压相电压相电压相电压相电压三表法适用于三相四线制接法的不对称负载。三表法适用于三相四线制接法的不对称负载。相电流相电流相电流相电流相电流相电流电压电压线圈线圈电流电流线圈线圈413.两表法：（用两个功率表测量）两表法：（用两个功率表测量）P=P1+P2 两表法适用于三相三线制接法的负载。两表法适用于三相三线制接法的负载。负 载ACBP1P2线电压线电压线电压线电压线电流线电流线电流线电流电压电压线圈线圈电流电流线圈线圈42两表法测量功率的原理证明：两表法测量功率的原理证明：1i13uL1L3L21u3Z2i3i23u1Z2Z2u3u232131uiui+=)()322311uuiuui-+-=332211iuiuiup+=213iii-=三相总功率等于两表测得数据之和。三相总功率等于两表测得数据之和。每单个功率表的读数没有意义。每单个功率表的读数没有意义。43 线电压线电压Ul=380v的三相电源上接有两组对称三相负载，一组的三相电源上接有两组对称三相负载，一组是三角形连接的感性负载，每组阻抗是三角形连接的感性负载，每组阻抗 ，另一组，另一组是星形连接的电阻性负载，每相电阻是星形连接的电阻性负载，每相电阻R=10，如图所示，求：，如图所示，求：（1）每相负载的相电流（）每相负载的相电流（2）电路线电流（）电路线电流（3）三相有功功率）三相有功功率ABC解：解：对称负载对称负载（1）形：形：例例544Y形：形：ABC（2）（3）45小结提纲小结提纲一、星形连接的三相电源：一、星形连接的三相电源：二、星形连接的三相负载：二、星形连接的三相负载：三、三角形连接的三相负载：三、三角形连接的三相负载：四、三相功率：四、三相功率：相电压、线电压的表示、大小、相位关系、特点相电压、线电压的表示、大小、相位关系、特点三相四线制：相、线电压、电流的大小、相位关系、计算三相四线制：相、线电压、电流的大小、相位关系、计算三相三线制：相、线电压、电流的大小、相位关系、计算三相三线制：相、线电压、电流的大小、相位关系、计算相、线电压、电流的大小、相位关系、计算方法相、线电压、电流的大小、相位关系、计算方法计算、测量计算、测量（对称负载）（对称负载）（对称负载）（对称负载）46