高职高专电学课件全集-第7章.ppt

第第7章章 三相电路三相电路7.2 7.2 三相三相电源的电源的连接连接 7.1 7.1 三相三相交流电的交流电的基本概念基本概念7.3 7.3 三相三相负载的连接负载的连接7.4 7.4 三相三相电路的功率电路的功率本章教学目的及要求本章教学目的及要求 熟悉三相电路的两种接线方式，熟悉三相电路的两种接线方式，掌握三相电路中电压、电流的相值与掌握三相电路中电压、电流的相值与线值之间的大小和相位关系；熟悉三线值之间的大小和相位关系；熟悉三相电路对称与不对称情况下的分析计相电路对称与不对称情况下的分析计算方法；掌握三相电路中各种功率关算方法；掌握三相电路中各种功率关系；进一步理解相量法并掌握其在三系；进一步理解相量法并掌握其在三相电路中的应用。相电路中的应用。7.1 三相交流电的基本概念三相交流电的基本概念 现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三相交流供电系统在发电、输电和配电方面具有很多优点，因此在生产和生活中得到了极其广泛的应用。NSXBYCZA三相定子绕组三相定子绕组在在空间位置互空间位置互空间位置互空间位置互差差差差120120120120o o o o定子定子定子定子转子转子转子转子转子装有磁极以转子装有磁极以转子装有磁极以转子装有磁极以 的角速度旋转时，的角速度旋转时，的角速度旋转时，的角速度旋转时，定子三相绕组中便分别感应电动势。定子三相绕组中便分别感应电动势。定子三相绕组中便分别感应电动势。定子三相绕组中便分别感应电动势。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尾端：尾端：X Y Z首端：首端：A B C 电路分析中很少用电动势，通常用电压来表示。以A相绕组的感应电压为参考正弦量，则发电机的三相感应电压分别为：三相感应电压用波形图和相量图可分别表示为：u0TuAuBuCt120120120UBUAUC显然三个电压大小相等，频率相同，相位互差120。我们把三个最大值相等最大值相等，角频率相同角频率相同，彼此相位相位互差互差120120 电角度的单相正弦量称为对称三相交流电对称三相交流电。发电机感应的对称三相交流电压用相量可表示为 由对称三相电压的波形图和相量图可看出：对称三相交流电在相位上的先后顺序称为相序相序。我们把相序A A B BC C称为正序正序或顺序；把C C B BA A称为负序负序或逆序。电力系统中通常采用正序。7.2 三相电源的连接三相电源的连接学习目标：了解三相电源两种连接方式的特点，熟悉两种连接方式下线、相电压的关系及三相四线制。7.2.1 7.2.1 三相电源的三相电源的Y Y形连接形连接 下图所示电源的连接方式称为星形连接，或记为“Y”接。XZYN NB BC CA A 其中由电源绕组尾端公共连接点引出的导线称为中中线线(零线零线)，由电源绕组首端引出的导线称为相线相线(火线火线)图中电源绕组首端指向尾端的电压称为相电压相电压(即火线与零线之间的电压)。火线与火线之间的电压称为线电压。线电压。电源绕组这样连接后向外电路供电的方式称为三相四线制三相四线制。XZYN NB BC CA A 从连接图中可以看出，电源作Y型三相四线制向外供电时，可以向负载提供两种电压：火线与零线之间的电压相电压相电压和火线与火线之间的电压线线电压电压。那么这两种电压存在着什么样的关系呢？-UBUABUC-UBCUA-UCA我们以相量图进行分析：三个电源相电压总是对称的，而三线电压与相电压之间的关系为：显然三个线电压也是对称对称的。-UBUABUC-UBCUA-UCA由相量图可以定量地分析出相、线电压之间的关系为：显然，线电压在数量上是与其相对应的相电压的1.732倍；在相位上超前相电压30电角。线电压与相电压的通用关系表达式：线电压与相电压的通用关系表达式：工农业生产和日常生活中，多数用户使用的电压等级通常是：7.2.2 7.2.2 三相电源的三相电源的 形连接形连接 下图所示电源的连接方式称为三角形连接，或记为“”接。三相电源绕组首尾相连组成一个闭环，在三个连接点处向外引出三根火线，即构成连接。显然，电源绕组接时总有：线电压等于相电压！线电压等于相电压！只能向外电路提供一种电压。实际电源连成接时，由于三相电源绕组的感应电压对称，所以电源回路内部无电流，但若有一相接一相接反时，就会在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电反时，就会在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电源绕组源绕组。因此，实际三相电源绕组作接时，为确保无误，一般要先把3个电源绕组留一个开口，开口处连接一个阻抗极大的电压表，当电压表读数为零时说明连接无误，这时才能将开口合拢。XZYB BC CA AABC 数量上数量上数量上数量上线电压是相电压线电压是相电压的的1.7321.732倍；倍；倍；倍；在在相位上超前相位上超前相位上超前相位上超前线电压超前与其相对应的线电压超前与其相对应的相电压相电压30.30.验电笔的正确握法如下图示：验电笔的正确握法如下图示：你能说出对称你能说出对称三相交流电的三相交流电的特征吗？特征吗？你会做吗？你会做吗？三相四线制供电体制三相四线制供电体制中，你能说出线、相中，你能说出线、相电压之间的数量关系电压之间的数量关系及相位关系吗？及相位关系吗？如何用验电笔或如何用验电笔或如何用验电笔或如何用验电笔或400V400V400V400V以上以上以上以上的交流电压表测出三相四线制的交流电压表测出三相四线制的交流电压表测出三相四线制的交流电压表测出三相四线制供电线路上的火线和零线？供电线路上的火线和零线？供电线路上的火线和零线？供电线路上的火线和零线？电笔头与被测导线电笔头与被测导线接触时，使氖管接触时，使氖管发发发发光的是火线光的是火线光的是火线光的是火线（或端（或端线），不发光的是线），不发光的是零线零线零线零线。电表可利用火线与零电表可利用火线与零线之间的数量关系判线之间的数量关系判断出火线和零线。断出火线和零线。三个三个最大值相等、角最大值相等、角最大值相等、角最大值相等、角频率相同、相位上互差频率相同、相位上互差频率相同、相位上互差频率相同、相位上互差120120电角的单相正弦交电角的单相正弦交流电。流电。7.3 三相负载的连接三相负载的连接学习目标：了解对称和不对称三相负载的概念，掌握两种连接方式下电路分析的特点，理解两种连接方式下线、相电压、线相电流的关系及中线的作用。7.3.1 7.3.1 三相负载的三相负载的Y Y形连接形连接 下图所示为电源和负载均为“Y”接的三相电路。N N ZAZBZCZLN NB BC CA AA A B B C C ZLZLZL对称三相电源绕组的相电压相电压Y Y接三相接三相负载阻抗负载阻抗输电线输电线阻抗阻抗负载端负载端线电压线电压负载端负载端相电压相电压线电流线电流若电路中ZL=0时，则UA=UA，且中线电压UNN=0。对称三相负载的条件对称三相负载的条件即三相负载阻抗的即三相负载阻抗的模值和幅角均相等模值和幅角均相等对称对称Y Y形连接三相电路的分析与计算形连接三相电路的分析与计算ZZZABCNNZLZNZLZL电源电源相电压相电压相电压相电压火线上通过的电流火线上通过的电流称为称为线电流线电流线电流线电流负载中通过的电流负载中通过的电流称为称为相电流相电流相电流相电流中线电流中线电流中线电流中线电流Y Y接电路特点：接电路特点：接电路特点：接电路特点：相电流等于线电流！相电流等于线电流！相电流等于线电流！相电流等于线电流！中线电流中线电流中线电流中线电流ZZZABCNNZLZNZLZL 三相电路若输电线上阻抗不能忽略时，存在中点电压uNN，根据弥尔曼定理可得其相量计算式为：由于三相电路对称，所以式中分子为零，因此中点中点电压为零电压为零，即：此时各相负载中通过的电流：显然三个相(线)电流也对称对称，因此中线电流：从电流的观点来看，三相电路对称时中线相当于对称时中线相当于开路。开路。因此，在对称对称三相电路中，中线的有、无对电中线的有、无对电路无影响。路无影响。电源线电压为380V，对称负载Y接，Z=3+j4,求：各相负载中的电流及中线电流。设根据对称关系对称关系可得：由此例可得，对称由此例可得，对称三相电路的计算可归结三相电路的计算可归结为一相电路计算，其它为一相电路计算，其它两相根据对称关系可直两相根据对称关系可直接写出。接写出。根据对称关系：有对称对称Y接三相电路计算原则接三相电路计算原则1.由于三相电路对称，因此各相负载的端电压和电流 也是对称的，三相电路的计算可归结为一相进行；2.根据电路给定条件确定参考相量，一般选A相电压；3.应用单相电路的分析方法求出A相电路的待求量；4.根据对称关系写出其它两相的待求量；5.在一相电路计算中，中线阻抗不起作用，N和N之间 等电位，用一根短接线连接。ZANNZLUAAUNN=0参看课本103页例7.1Y形不对称三相电路的分析与计算形不对称三相电路的分析与计算Y形不对称三相电路的分析与计算分两种情况进行：（1）无中线情况 若三相电路不对称，作Y形连接且又无中线时，电路如下图所示：由相量图分析可知，三相负载不对称时且无中线时，中点电压不再为零，这一现象称为中点偏移中点偏移。中点发生偏移时，各相负载端电压严重不对称！严重不对称！UAUNNNNUAUBUCUNN有UA=UAUNN 同理可得UB和和UC ANNZAUABZBUBCZCUCUAUBUCN N 3+j2N NB BC CA AZN4+j42+j图示电路为不对称三相负载图示电路为不对称三相负载Y接，试分析接，试分析(1)当当ZN=0；(2)ZN=3+j4 ；(3)ZN=时的线电流情况。时的线电流情况。(1)当ZN=0且ZL=0时：这种情况下，这种情况下，负载电流不对称，负载电流不对称，但各相独立，互但各相独立，互不影响！不影响！由于ZN=0，所以(2)当ZN=3+j4时，中点电压不等于零 这种情况下，负载端电压，负载中通过的电流这种情况下，负载端电压，负载中通过的电流均不对称，互相牵制、相互影响！均不对称，互相牵制、相互影响！N N 3+j2N NB BC CA A4+j42+j3+j4(3)当ZN=时，中线开路，IN=0 这种情况下，负载中性点漂移，各相电压不对这种情况下，负载中性点漂移，各相电压不对称，负载中通过的电流也不对称，互相牵制、相互称，负载中通过的电流也不对称，互相牵制、相互影响！影响！N N 3+j2NB BC CA A4+j42+j电源对称而负载不对称的三相四线制系统的特点：三相四线制系统的特点：1.ZN=0：负载电流不对称，但各相独立，互不影响。2.ZN0：负载电压、电流不对称，各相牵制，彼此 影响。3.无中线时，负载中点发生较大偏移，造成各相负 载端电压严重不平衡，且各相牵制，彼此影响。显然，三相电路不对称且又无中线时中点电压不再为零。若中点电压较大时，将造成有的负载相电压过低不能正常工作；有的负载相电压过高甚至烧损电器，各相负载由于端电压不平衡均不能正常工作。正确接法正确接法:每组灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等，但每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V220V。A.一组一组二组二组三组三组CBN若三相不对称，若三相不对称，能否去掉中线？能否去掉中线？三相不对称电路应用实例 照明电路 如果三相照明电路的中线因故断开，当发生一相灯负载全部开路或一相短路时，电路会出现什么情况？如果中线断开中线断开，且A相又发生短路短路，此时B、C两相都会与短接线构成通路，因此两相的端电压均为线电压380V，这种情况下B、C相将因过电压而烧损过电压而烧损。由此可得，中线的中线的作用作用是使Y Y接不对称三接不对称三相负载的端电压保持对相负载的端电压保持对称。称。三相四线制三相四线制Y Y接电路中，接电路中，中线不允许断开！中线不允许断开！中线不允许断开！中线不允许断开！如果中线断开中线断开，且A相灯负载又全部开路全部开路，此时B、C两相构成串联，其端电压为电源线电压380V。若B、C相对称，各相端电压为190V，均低于额定值220V而不能正常工作不能正常工作；若B、C相不对称，则负载大(电阻小)的一相分压少而不能正常发光分压少而不能正常发光，负载小(电阻大)的一相分压多则易分压多则易烧损烧损。*关于中线关于中线(零线零线)的有关结论：的有关结论：由上例分析可得：负载不对称且又无中线时，负载上将得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，各相负载均不能正常工作。对于象照明电路这类三相不对称电路而言：实实际应用中各相负载不能保证完全对称，所以必须采用际应用中各相负载不能保证完全对称，所以必须采用三相四线制供电，而且必须保证中线三相四线制供电，而且必须保证中线(零线零线)可靠。可靠。前面分析可知，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。因此，为确保中线(零线)在运行中安全可靠不断开，中线上不允许接保险丝和开关！参看课本105页例7.3题。7.3.2 7.3.2 三相负载的三相负载的 形连接形连接 下图所示为电源“Y”接，负载为形连接的对称三相电路。线电流线电流ANZLUABZLUBCZLUCABCZZZ相电流相电流 由于三相电路对称，所以三个相电流和三个线电流必然都是对称的。设:对A、B、C三个结点分别列写KCL方程可得：ANZLUABZLUBCZLUCABCZZZ-IBCIAICA-IBIAB-IC 由相量图分析可得：三相线三相线电流也是对称的，在数量上是电流也是对称的，在数量上是对应相电流的对应相电流的1.7321.732倍，在相位倍，在相位上滞后对应相电流上滞后对应相电流3030电角电角。如果分析计算对称三相接电路时，也用三相归结为一相的方法，应首先把接负载变换成Y接负载后才能进行。ANZLUABZLUBCZLUCABCZYZYZY其中：对称三相负载接时，只要将负载等效为Y接，其分析计算方法就可以依据前面所述进行。参看例7.4。7.4 三相电路的功率三相电路的功率负载对称对称时：三相总有功功率：星形接法时：又有和接法有和接法有无关系？无关系？三角形接法时：在三相负载对称条件下，三相电路的功率：注意有功功率的单位是瓦特瓦特WW；无功功率的单位是乏尔乏尔varvar;视在功率的单位是伏安伏安VAVA。三相电路不对称时，三相电路的功率：对称三相电路的瞬时功率是一个常量，即：显然三相不对称时，各相功率应单独计算然各相功率应单独计算然后进行叠加后进行叠加。三相电路应注意的事项三相电路应注意的事项1.三相电源一般都是对称的，而且大多采用三相四线 制供电方式。2.三相负载有星形和三角形两种连接方式。其中Y形 连接且负载对称时：形连接负载对称时：3.负载不对称时，各相电压、电流应单独计算。4.三相电路的计算特别要注意相位问题注意相位问题。5.求电表读数时，可只算有效值，不算相位。6.三相三线制电路无论对称与否，其总有功功率均可 采用二瓦计法进行测量。如何用两个瓦特表如何用两个瓦特表测三相电路的功率？测三相电路的功率？测量方法如图示:在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数无在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数无意义！意义！在三相四线制供电体系中，除对称运行外，在三相四线制供电体系中，除对称运行外，不能用二瓦计法测量三相功率。不能用二瓦计法测量三相功率。参看P108页例7.6W1W2ABCM3其中:已知三相电源线电压为380V，电阻丝每根220V、2KW。设计一个12KW的三相电阻炉应如何接线？线电流多大？第第1 1方案方案:单相，并联单相，并联P=2kW 6=12kW第第2方案：三相，方案：三相，Y形形P=2kW 6=12kWA220VN缺点：电流太大易造成电流太大易造成 电网负载不平衡！电网负载不平衡！ANBC