电工学第5章三相交流电路课件.ppt

第五章三相交流电路1第五章第五章 三相交流电路三相交流电路 5.1 三相交流电源三相交流电源 5.1.1 三相电动势的产生三相电动势的产生 5.1.2 三相交流电源的连接三相交流电源的连接5.2 三相负载及三相电路的计算三相负载及三相电路的计算 5.2.1 星形接法及计算星形接法及计算 5.2.2 三角形接法及计算三角形接法及计算5.3 三相电路的功率三相电路的功率25.1 三相交流电源三相交流电源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，线根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，圈中产生感应电动势，其方向由其方向由AX。让线圈以让线圈以 的速度顺时的速度顺时针旋转。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。3一、三相交流电动势的产生一、三相交流电动势的产生AXYCBZSN定子定子转子转子 定子中放三个线圈：定子中放三个线圈：A XB YC Z首端首端末端末端三线圈空间位置三线圈空间位置各差各差120o 转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。三个的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。线圈中便产生三个单相电动势。42.相量表示式及相互关系相量表示式及相互关系Em 65.1.2 三相交流电源的连接三相交流电源的连接一、星形接法一、星形接法AXYCBZN 1.连接方式连接方式7（中线）（中线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）AXYCBZN三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）:ABC中线（零线）：中线（零线）：N8线电压线电压：火线间的电压。火线间的电压。CABN注意规定的注意规定的正方向正方向10线电压和相电压的关系：线电压和相电压的关系：30 11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：-为相电压为相电压 -为线电压为线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13短路短路+E三个电源串接三个电源串接能否造成短路？能否造成短路？直流电源行吗？直流电源行吗？AXYZBC问题讨论问题讨论+-EEE直流电源串接不行，直流电源串接不行，三相交流电源可以，三相交流电源可以，为什么？为什么？15AXYZBCEm三相交流电源中三个三相交流电源中三个电源可以串接的原因电源可以串接的原因在于：在于：三个电源的电压任三个电源的电压任何瞬间相加均为零。何瞬间相加均为零。16ACBNZZZ相电流相电流(负载上的电流负载上的电流)：5.2.1 星形接法及计算星形接法及计算线电流线电流(火线上的电流火线上的电流)：18 ACBNZZZ一、星形接法特点一、星形接法特点相电流相电流=线电流线电流*:零线电流零线电流19*线电压线电压=相电压相电压,线电压领先于相电压线电压领先于相电压30。ACBNZZZ20ACBNZAZCZB二、负载星形接法时的一般计算方法二、负载星形接法时的一般计算方法解题思路：解题思路：一般线电压一般线电压 为已知，然后根据电压和负载求为已知，然后根据电压和负载求电流。电流。211.负载不对称时，各相单独计算。如：负载不对称时，各相单独计算。如：已知：已知：三相负载三相负载 R、L、C 以及三相线电压：以及三相线电压：求：各相、各线及中线电流求：各相、各线及中线电流 BRA C NLBC22由：由：则相电压为：则相电压为：BRA C NLBC24(2)相电流相电流 BRA C NLBC25(3)中线电流中线电流(4)各电流相量关系各电流相量关系26负载对称时负载对称时问题及讨论问题及讨论零线是否可零线是否可以取消？以取消？答：三相完全对称时，零线可以取消。称为答：三相完全对称时，零线可以取消。称为 三相三线制。三相三线制。ACBZZZ285.三相三线制供电时各相电流的计算三相三线制供电时各相电流的计算ANNCB求：各相电流。求：各相电流。已知已知：每盏灯的额定值为每盏灯的额定值为:220V、100W29 每盏灯为每盏灯为220V、100WRRRRNNABC、代入代入R值得：值得：31应用实例应用实例-照明电路照明电路ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N 正确接法正确接法:每层楼的灯相每层楼的灯相互并联互并联,然后然后分别接至各相分别接至各相电压上。设电电压上。设电源电压为：源电压为：则每盏灯上都可则每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V。32照明电路的一般画法照明电路的一般画法零线上不能加零线上不能加刀闸和保险刀闸和保险ABCN.一一层层二二层层三三层层33讨论讨论讨论讨论照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线制供电方式？供电方式？ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?34 设线电压为设线电压为380V。A相断开后，相断开后，B、C 两相两相串联，电压串联，电压UBC（380V）加在加在B、C负载上。如果负载上。如果两相负载对称，则每相负两相负载对称，则每相负载上的电压为载上的电压为190V。问题问题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,情况如何情况如何?ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼分析：分析：结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。35 问题问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼若一楼断开，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灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4）结果如何？）结果如何？结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。ACBR2R3分析分析36关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相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，而且必须保证零线（中线）可靠连接。三相制供电，而且必须保证零线（中线）可靠连接。中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接闸刀开关。允许接保险丝也不允许接闸刀开关。375.2.2 三角形接法及计算三角形接法及计算ACB特点特点：负载相电压负载相电压=线电压线电压38各电流的计算各电流的计算ACBZ ZABABZ ZBCBCZ ZCACA相电流相电流线线电电流流39（2）负载对称时（）负载对称时（ZAB=ZBC=ZCA=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：ACBZABZBCZCA（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。40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ABC41负载对称时三角形接法的特点负载对称时三角形接法的特点ACB 注意电路注意电路中规定的中规定的正方向正方向42负载对称时：负载对称时：5.3 三相电路的功率三相电路的功率三相总有功功率：三相总有功功率：由负载由负载性质决定性质决定星形接法时：星形接法时：三角形接法时：三角形接法时：5.3.1 三相电路的功率的计算三相电路的功率的计算43有功功率：有功功率：无功功率：无功功率：视在功率：视在功率：在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：44例对称负载联成三角形，已知电源电压 Ul=220V,安培计读数 Il=17.3A,三相功率P=4.5kW。试求：1.每相负载的电阻和感抗；2.当AB相断开时，各安培计的读数和总功率；3.当A线断开时，求各安培计的读数和总功率。ABCiAiBiCAAAABC解由题意，视在功率根据得负载相电流负载阻抗为每相电阻和感抗为为1.中所求；kVAIUS6.63=llj=cosSP=j47cosSPAIIp103/=l=22/ppIUZ=j=15cosZR=j=16sinZXL45对于2.中，AB断开不影响另两相负载，A、B两线的安培计读数等于负载的相电流，即AC和BC间负载功率不变，AB间功率为0，则总功率为对于3.中的A线断开，其安培计读数为0。此时电路变成一单相电路。总阻抗|Z|=44/3B和C线上安培计的读数为则总功率为,10AIIBA=AIC17.3=kWPP332=AIICB15=kWUIP25.247cos15220cos=j=46（书（书 P357）i1i2u负负载载一、单相功率的测量一、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其中，其中，为为 间的夹角。间的夹角。指针偏指针偏转角度转角度电流线圈电流线圈电压线圈电压线圈i2和和 u 成正比，成正比，且近似同相且近似同相,*表示线圈的始表示线圈的始端。端。5.3.1 三相电路的功率的测量三相电路的功率的测量47二、三相功率的测量二、三相功率的测量 负 载ACBN三相总功率为三个功率表测得数据的总和。三相总功率为三个功率表测得数据的总和。三相四线制接法（负载必为星接），用三个三相四线制接法（负载必为星接），用三个功率表测量：功率表测量：此时此时各电压各电压线圈测的线圈测的是各相的是各相的相电压相电压48三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。ACB三相三线制的电路中，用二表法测功率：三相三线制的电路中，用二表法测功率：49两表法测量功率的原理：两表法测量功率的原理：结论：结论：三相总功率等于两表测得数据之和。每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单个功率表的读数没有意义，实验用的实验用的 三相瓦特计实际上就是根据三相瓦特计实际上就是根据“二表法二表法”的原理设计的。的原理设计的。由由50求：功率表求：功率表W1、W2的读数。的读数。例例电机电机ACB 已知：已知：电机的功率为电机的功率为 2.5 kW,。（设电机为星形接法，（设电机为星形接法，N为其中点。图见后）为其中点。图见后）电源线电压为电源线电压为380V，各相，各相对称。对称。51（1）求电流大小）求电流大小ACBZBZAZCN52ACBZBZAZCN设：设：（2）求电流、电压的相位关系）求电流、电压的相位关系则：则：53ACBZBZAZCN间的相位差间的相位差已知电机的已知电机的54同理，由相量图可得同理，由相量图可得间的相位差间的相位差W1的读数为的读数为833.3瓦瓦W2的读数为的读数为1666.7瓦瓦55相序的判定相序的判定 三相交流电动势出现最大值三相交流电动势出现最大值的先后顺序称为三相电源的相的先后顺序称为三相电源的相序。序。A-B-C 称为顺相序称为顺相序 A-C-B 称为逆相序称为逆相序 将相序指示器接至三相电源将相序指示器接至三相电源上，便可测出相序：上，便可测出相序：假设电容假设电容C接的是接的是A相，相，则则 L1、L2 较亮者为较亮者为B相，另一相为相，另一相为C相。相。C灯泡灯泡相序指示器相序指示器L1L2灯泡灯泡56三相交流电路的小结（三相交流电路的小结（1）-三相电源三相电源三相三线制三相三线制三相四线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一三相电源一般都是对称般都是对称的，而且多的，而且多用三相四线用三相四线制接法。制接法。57三相交流电路的小结（三相交流电路的小结（2）-三相负载三相负载星形负载星形负载三角形负载三角形负载ABCNZZZACBZZZ58三相交流电路的小结（三相交流电路的小结（3）-三相电路计算三相电路计算负载负载 形接法形接法对称负载下：对称负载下：各相电压、电流单独计算。各相电压、电流单独计算。负载不对称时：负载不对称时：负载对称时：负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相。电压对称、电流对称，只需计算一相。三相电路的计算要特别注意相位问题。三相电路的计算要特别注意相位问题。求电表读数时，可只算有效值，不算相位。求电表读数时，可只算有效值，不算相位。负载负载Y Y形接法形接法电源对称时：电源对称时：59三相交流电路的小结三相交流电路的小结(4)-三相功率计算三相功率计算三相总功率三相总功率：负载对称时：负载对称时：和接法和接法无关无关60综合例题：P166 例5.4.2特点：将对称星型联结与三角形联结的负载结合起来。注意：电路基本定理与基本分析方法，如KCL、KVL定理、结点电压法的应用。61第五章结 束62 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，并比较所得的结果：线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果：(1)绕组联成星形接于绕组联成星形接于Ul=380 V的三相电源上的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于Ul=220 V的三相电源上。的三相电源上。例例1:解解:(1)63(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在三角形和星形两种联结法中,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比星形联结情况下的线电流增大比星形联结情况下的线电流增大 倍倍。64例例2:(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，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。L1L2L3 线电压线电压Ul为为380 V的三相电源上，接有两组对称的三相电源上，接有两组对称三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗阻抗 ;另一组是星形联结的电阻性另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻负载，每相电阻R=10,如图所示。试求：如图所示。试求：(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。设设解：解：65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66一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-46.7o67 三相对称负载作三角形联结，三相对称负载作三角形联结，Ul=220V，当，当S1、S2 均闭合时，各电流表读数均为均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率，三相功率 P=4.5 kW，试求，试求:1)每相负载的电阻和感抗；每相负载的电阻和感抗；2)S1合、合、S2断开时断开时,各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P；3)S 1断、断、S 2闭合时闭合时,各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P。例例3：AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 268或：或：P=I 2R P=UIcos tg =XL/R 解：解：(1)由已知条件可求得由已知条件可求得AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 269(2)S1闭合、闭合、S2断开时断开时 I1=I3=10A I2=17.32 A 流过电流表流过电流表 L L1 1、L L3 3的电流变为相电流的电流变为相电流 IP，流过电流表流过电流表L L2 2 的电流仍的电流仍为线电流为线电流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 270I2=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 IP ，I2 变为变为变为变为 1/2 IP 。I1=I3=10 A+5 A=15A I2 变为变为变为变为 1/2 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 271 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 日日日日光灯光灯光灯光灯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),它们的额定电压都是它们的额定电压都是它们的额定电压都是它们的额定电压都是220V220V，由，由，由，由380V380V/220V220V的电网供电。的电网供电。的电网供电。的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线线线线路电流为多少？路电流为多少？路电流为多少？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 372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 0N NL L1 13030盏盏盏盏+7070盏盏盏盏L L2 2L L3 373L L1 1N N三层三层二层二层一层一层+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 74(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，电压，所所以以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不电压亮度不变。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P L L1 1N N三层三层二层二层一层一层+L L2 2L L3 375