第四章电路ppt课件.ppt

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1、在此输入您的封面副标题第四章 电路电 路 分 析第4章 线性电路的瞬态过程4.1三相电源三相电源三相负载三相负载三相电路的功率三相电路的功率不对称三相电路的计算不对称三相电路的计算4.24.34.4三相交流电的典型应用三相交流电的典型应用4.5 目前电力工程上普遍采用三相交流供电系统，由三个频率相同（我国电网频率为50HZ）、幅值相等、彼此之间相位互差120的正弦电压组成。和单相制供电相比，三相制供电更具优越性，具体体现如下方面：（1）在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。（2）在输电方面：如果以同样电压将同样大小的功率输送到同样距离，三相输电比单相输电节省材料。（3）在

2、用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好等等。 三相制供电是目前世界各国的主要供电方式。三相交流电一般是由三相交流发电机产生的，它是在单相交流发电机的基础上发展而来的，如图4.1所示。在发电机定子（固定不动的部分）上嵌放着三相结构完全相同的线圈U1U2、V1V2、W1W2（通称绕组），这三相绕组在空间位置上各相差120电角，分别称为U相、V相和W相。U1、V1、W1三端分别称为各相的首端或相头，U2、V2、W2分别称为各相的末端或相尾。当转子铁芯上绕有直流励磁绕组）匀速转动时，在定子上的三相绕组将依次切割磁力线，产生振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120的三个电

3、动势。图4.1 三相发电机原理图4.1 三相电源三相电源 一、三相交流电的产生一、三相交流电的产生对称三相电动势瞬时值的数学表达式为：（4-1-1）三相电动势波形图与相量图如图4.2所示。图4.2 三相电动势波形图与相量图)120sin()240sin()120sin(sintEtEetEetEemmWmVmU三相电动势达到最大值（振幅）的先后次序称做相序。eU比eV超前120，eV比eW超前120，而eW又比eU超前120，这种相序被称为正相序或顺相序；反之，若eU比eW超前120，eW比eV超前120，eV比eU超前120，这种相序被称为负相序或逆相序。本教材采用顺相序。为使电力系统能够安

4、全、可靠地运行，我国国家标准（GB681）规定用黄、绿、红三种颜色导线分别表示U、 V、W三相。1三相电源的星形（三相电源的星形（ 形）接法形）接法将三相发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连接在一点，始端U1、V1、W1分别与负载相连，这种连接方法称为星形（ 形）连接，如图4.3所示。图4.3 三相电源的星形（ 形）接法二、三相电源的连接二、三相电源的连接从三相电源三个相头U1、V1、W1引出的三根导线称为端线或相线，俗称火线。星形（ 形）的公共连接点N称为中点，从中点引出的导线称为中性线或零线，我国国家标准（GB681）规定用淡蓝色导线表示。由三根相线和一根中性线组成的输电方式称为三相四线

5、制（通常在低压配电中采用），在负载对称时，可省略中线。没有中性线、只有三根相线的输电方式称为三相三线制（详见所述）。 三相四线制供电系统可输送两种电压：一种是相线与中线之间的电压称为相电压，用uU、uV、uW表示；另一种是相线与相线之间的电压称为线电压，用uUV、uVW、uWU表示。其相量式为（4-1-2） （4-1-3）1201200UUUUUUWVUUWWUWVVWVUUVUUUUUUUUU对称三相电源各相电压大小相等，常用UP表示它们的大小，线电压常用UL表示。根据如图4.4所示的相量关系可得线电压与相电压之间的大小关系（4-1-4）图4.4 相电压与线电压的相量关系显然三个线电压与相电

6、压大小（有效值）关系为UL UP13cos 30223LPPLPUUUUU UUVUWUUUVUWUWUUVWUUVU303030 -3且线电压比相应的相电压超前30。即线电压 比相电压 超前30，线电压 比相电压 超前30，线电压 比相电压 超前30。其线电压与相电压的相量关系（4-1-5） 相量图如图4.4所示。可见，星形（ 形）连接时三相对称相电压和线电压的相量之和均为0，即（4-1-6）一般低压供电系统的线电压是380V，相电压是303303303WVWVVWUUVUUUUUU00WUVWUVWVUUUUUUU380220V3【例】 已知对称星形连接的三相电源，U相电压为 ，试写出各线

7、电压瞬时值表达式，并画出各相电压和线电压的相量图。解法一：由于电源是对称星形连接，电源相电压为所以线电压的有效值为 v又因为相电压在相位上滞后于对应的线电压30，所以线电压uUV的解析式为根据电压的对称性，线电压uVW滞后于线电压uUV120，线电压uWU滞后于线电压uVW120，线电压uVW和uWU的解析式分别为：U220 2sin30 Vut-( )m220 2220 V22PUU 38022033PLUUUVUV2sin380 2 sin3030380 2 sinVLuUttt+-+()()2三相电源的三角形（形）接法三相电源的三角形（形）接法将三相发电机的第二绕组始端V1与第一绕组的末

8、端U2相连、第三绕组始端W1与第二绕组的末端V2相连、第一绕组始端U1与第三绕组的末端W2相连，并从3个始端U1、V1、W1引出3根导线分别与负载相连，这种连接方法称为三角形（形）连接，如图4.6所示。图4.6 三相绕组的三角形接法VWWU380 2 sin120V380 2 sin120Vutut-( )( )线电压与相电压的关系为（4-1-7）对于对称三相电源作三角形（形）连接时， ，则三角形回路中没有电流。若将电源三相绕组中的其中一相绕组接错，这时在三相绕组中将产生极大的环形电流，以致烧坏发电机绕组。显然，电源做三角形连接时线电压的有效值等于相电压的有效值，即ULUP电源做三角形连接时只

9、能提供一种电压，并且只能是三相三线制的输电方式。【例】 已知发电机三相绕组产生的电压大小均为U220V，试求：（1）三相电源为 形接法时的相电压UP与线电压UL；（2）三相电源为形接法时的相电压UP与线电压UL。解：（1）三相电源 形接法：相电压 ，线电压 。（2）三相电源形接法：相电压 ，线电压 。WWUVVWUUVUUUUUUUVW0UUU三相负载的星形连接如图4.7所示。该连接方法采用三相四线制供电，它是由三根相线和一根中性线提供三相电源的。在这种电路中三相电源必须是 形接法，又称为 接法。每相负载的电压称为负载的相电压，每相负载的电流称为负载的相电流。每相负载的相电压与相应的电源相电压

10、相等，通过每相负载的相电流等于相对应相线中的线电流，即三相负载采用星形连接时线电流等于相电流。图4.7 三相负载的星形连接4.2三相负载 一、负载的星形连接一、负载的星形连接其各相电流与相电压的关系，即（4-2-1）线电流（有效值）等于相电流（有效值），即ILIP （4-2-2）根据基尔霍夫定律可知中性电流为 （4-2-3）对于三相对称负载，即 （4-2-4）各相电流也是对称的，那么三相电流的相量和等于0。即中性线电流等于0 （4-2-5）WWWVVVUUUZUIZUIZUINUVWIIII ZZZZWVUNUVW0IIII 各负载相电流有效值相等，即各相相电压与相电流相位差相同，即（4-2-

11、6）由式（4-1-4）得出，不管负载是否对称，电路中的线电压有效值UL都等于负载相电压有效值UYP的 倍，即通过负载的相电流有效值IYP等于相线中的线电流IYL，即IYLIYP当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称（称为YY形对称三相电路）。即各相电流（或各线电流）频率相同、振幅相等、相位彼此相差120，并且中线电流为0。此时中线可以省略，即可采用三相三线制供电。工业生产上所用的三相负载（比如三相电动机、三相电炉等）通常情况下都是对称的，可用三相三线制电路供电。但是，如果三相负载不对称，中线中会有电流通过，此时中线不能除去，否则会造成负载上三相电压严重不对称，使用电设备

12、不能正常工作。YUVWPUIIIZ UVWarctanXR Y3LPUU【例】 有一星形连接的三相对称负载，每相电阻R3W，感抗XL4W。电源电压对称设 ，试求相电流iU、iV、iW的表达式，并以线电压uUV为参考相量画出各相电压和相电流的相量图。解法一：由上节知识可知且uU在相位上滞后uUV30，即U相电流为iU比uU滞后j角，即 UV380 2sin(30 ) VutUVU380220V33UU UU2 sin3030220 2sinVuUtt-( )AZUIUUU444322022L4arctanarctan533XR故A因为电流对称，故V相、W相电流分别为三相负载采用三角形连接时只能采

13、用三相三线制电路，如图4.8所示。负载的相电压等于电源的线电压。图4.8 三相负载的三角形连接)53sin(244tiUV44 2sin5312044 2sin173Aitt-( )( )W44 2sin5312044 2sin67Aitt-( )( )二、负载的三角形连接二、负载的三角形连接三相负载采用三角形连接时各相电流与相电压的关系为（4-2-7）各线电流（通过相线中的电流）为（4-2-8）如果负载对称，即ZUVZVWZWUZ则通过负载的相电流也是对称的，即WUWUWUVWVWVWUVUVUVZUIZUIZUI.VWWUVUVVWVWUUVUIIIIIIIII.（4-2-9）各线电流为（

14、4-2-10）显然，不管负载是否对称（相等），电路中负载相电压（有效值）UDP都等于线电压（有效值）UL。即UDPUL当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流有效值为120120120120.UVUVWUWUWUUVUVVWVWVWUVUVUVUVIZUZUIIZUZUIZUZUI303303303.WUUWWUWVWUVVWVUVWUUVUIIIIIIIIIIII线电流有效值大小IDL等于相电流有效值IDP的 倍，即【例】 对称负载接成三角形，接入线电压为380V的三相电源，若每相阻抗Z6j8W，求负载各相电流及各线电流。如图4.9所示为相电流和线电流的相

15、量图。解：设线电压 ，则负载各相电流为图4.9 相电流和线电流的相量图 PPUIZ33LPIIUV380 0 VU负载各线电流为1 .53381 .53100380860380.jZUIUVUV1 .173381201 .5338120.UVVWVWIZUI9 .66381201 .5338120.UVWUWUIZUI1 .838 .65301 .53383303.UVUII9 .1568 .651201 .838 .65120.UVII9 .368 .651201 .838 .65120.UWII 三相负载的平均功率（有功功率）等于各相功率之和，即PPUPVPW （4-3-1）在对称三相电路

16、中，无论负载是星形连接还是三角形连接，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以对称三相有功功率为 （4-3-2）其中， 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。对称三相电路的无功功率为对称三相电路的视在功率为 （4-3-4）对称三相电路的功率因数为 （4-3-5）3cos3cosPPLLPU IU I3sin3sinPPLLQU IU I（4-3-3）33PPLLSU IU IcosPS4.3 三相电路的功率 【例】 对称三相三线制的线电压为380V，每相负载阻抗为 。求负载分别采用星形连接和三角形连接时的相电流、线电流、有功功率、无功功率及视在功率。解：（1）

17、负载为星形连接时，相电压有效值为由于电源对称，负载对称，故可设U相相位角为0v则A由于对称关系U相、V相电流分别为AA380220V33LPUU 0220.UU1 .53221 .53100220.ZUIUU1 .173221 .5310120220.ZUIVV9 .66221 .5310120220.ZUIWW三相负载功率为（2）负载为三角形连接时，设U相相位角为0，即V则V AV相、W相负载的电流分别为A AkVAIUSkIUQkWIUPLLLLLL48.142238033var58.111 .53sin223803sin369. 81 .53cos223803cos30220.UU303

18、80.UVU1 .23381 .531030380.ZUIUVUV1 .143381 .531030120380.ZUIUVVW9 .96381 .531030120380.ZUIWUWU各线电流为A A A三相负载的功率为 结论：由此例可知，在线电压相同的情况下，三相对称负载由星形连接改为三角形连接后，相电流增加为原来的 倍，线电流增加为原来的3倍。故改为三角形连接后功率为星形连接时的3倍1 .538 .65301 .23383303.UVUII1 .1738 .65301 .143383303.VWVII9 .668 .65309 .96383303.WUWIIkVAIUSkIUQkWIUPLLLLLL3 .438 .6538033var6 .341 .53sin8 .653803sin3261 .53cos8 .653803cos33333PPLLIIIIPP 三相异步电动机降压启动电路的连接，如图4.13所示；其工作原理如下：QS1闭合，QS2置于停止位置时，电机处于停止状态；QS2置于启动位置时，电动机采用Y型连接，电机处于降压启动状态；QS2置于运转位置时，电动机采用连接，电机处于全压运转状态。图4.13 三相异步电动机降压启动电路M3QS1QS2NUVW运转停止启动4.5 三相交流电的典型应用