电工学简明教程-第五章-三相电路要点.ppt

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1、分两部分分两部分:1.静止部分静止部分:定子定子铁芯铁芯 线圈线圈2.转动部分转动部分:转子转子铁芯铁芯 线圈线圈三相交流电的产生三相交流电的产生:返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页 三相电源三相电源:产生对称产生对称 的三相电动势的电源。的三相电动势的电源。三相绕组三相绕组尺寸、匝数相同尺寸、匝数相同空间排列互差空间排列互差120(尾端尾端)+e1e2e3U2U1V1V2W1W2(首端首端)+第第5章章 三相电路三相电路三三相相电电路路在在生生产产上上应应用用最最为为广广泛泛。发发电电和和输输配配电电一一般般都都采采用三相制。在用电方面，最主要的负载是三相电动机。用三相制。在用电

2、方面，最主要的负载是三相电动机。本节主要讨论负载在三相电路中的连接使用问题。本节主要讨论负载在三相电路中的连接使用问题。5.1三相电压三相电压三三相相电电压压是是由由三三相相发发电电机机产产生生的的频频率率相相同同、幅幅值值相相等等、相相位互差位互差 120 的的三相对称正弦电压三相对称正弦电压，若以若以 u1 为参考正弦量为参考正弦量则则u1=Umsin tu2=Umsin(t 120)u3=Umsin(t 240)=Umsin(t+120)也可用相量表示也可用相量表示U1=U0 U2=U 120 U3=U120 UmUmu1u2u3 t02 以以 u1 为参考正弦量，则有为参考正弦量，则有

3、51三相电压三相电压对称三相电压的波形图对称三相电压的波形图对称三相电压相量图对称三相电压相量图120 U1U3U2120 120 三三相相交交流流电电压压出出现现正正幅幅值值(或或相相应应零零值值)的的顺顺序序称为称为相序相序。在此相序为。在此相序为u1 u2 u3 U U V V W W分分析析问问题题时时一一般般都都采采用用这这种相序。种相序。5.1三相电压三相电压三相电源的星形联结三相电源的星形联结中性点中性点或零点或零点相线相线两两始始端端间间的的电电压压称称为为线线电电压压。其其有有效效值值用用 U12、U23、U31 表表示示或或一一般用般用 Ul 表示。表示。始始端端与与末末端

4、端之之间间的的电电压压称称为为相相电电压压；其其有有效效值值用用 U1、U2、U3 表表示或一般用示或一般用 Up 表示。表示。+u31+u1NL1L2L3N+u12+u23u2+u3+中性线中性线线、相电压之间的关系线、相电压之间的关系u12=u1 u2u23=u2 u3u31=u3 u15.1三相电压三相电压三相电源的星形联结三相电源的星形联结线、相电压之间的关系线、相电压之间的关系u12=u1 u2u23=u2 u3u31=u3 u1线、相电压间相量关系式线、相电压间相量关系式+u31+u1NL1L2L3N+u12+u23u2+u3+相量图相量图U1U3U230o30o30o (1)相电

5、压对称相电压对称:Up=U1=U2=U3 ，幅角互差幅角互差120o。线电压也对称线电压也对称:Ul=U12=U23=U31，幅角互差，幅角互差120o。结论结论:(2)U12=3 U1(大小关系大小关系)U12 超前超前 U1 30o (相位关系相位关系)U1 U2 U3 U31 300U12 -U2U23 推出一般结论推出一般结论:Ul =3 UpUl 超前于与之对应的超前于与之对应的 Up 30o三相三相负载负载对称对称(三个相的三个相的复复阻抗相等阻抗相等)不对称不对称(由多个单相负载组成由多个单相负载组成)由三相电源供电的负载称为由三相电源供电的负载称为三相负载三相负载三三相相四四线

6、线制制三角形三角形联结联结星形联结星形联结三相负载采用何种连接方式由三相负载采用何种连接方式由负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线线电压时采用电压时采用三角形三角形联结；联结；当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相相电压时采用电压时采用星形星形联结。联结。NL1L2L3Z3Z2Z1 1M3 5.2负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路每相负载中的电流每相负载中的电流 Ip 称为称为相电流相电流5.2负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路i1+u1Nu2+u3+N i2i3iN电路及电压和电流的参考方向如图示电路及电压和电流的

7、参考方向如图示每根相线中的电流每根相线中的电流 Il 称为称为线电流线电流负载为星形联结时，负载为星形联结时，负载线、相电流相等负载线、相电流相等即即Ip=Il则有则有每相负载中的电流每相负载中的电流 1 120 2120 3中性线中的电流为中性线中的电流为+u1u2+uC+N i2i3iNL1L2L3Ni1图中图中，负载不对称相量图负载不对称相量图U3U1U2I1I2I3IN中性线中的电流不为零中性线中的电流不为零5.2负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路负负载载对对称称时时，中中性性线线电电流流为为零零，所所以以可可以以去去掉掉中中性性线线，成成为为三相三线制电路三相三线制电路。对

8、称负载电压电流相量图对称负载电压电流相量图U1U3U2I3I1I2 +u1Nu2+u3+i1N i2i3iN|Z|Z|Z|图中，若图中，若负载对称负载对称，即，即或或由于电压对称，负载电流也对称，即由于电压对称，负载电流也对称，即因此，因此，中性线电流为零中性线电流为零，即，即 结论结论:若负载对称若负载对称,相电流和线电流就对称。相电流和线电流就对称。Ip=Il Ip=Il相位相同。相位相同。讨论讨论:一般中线可不要。一般中线可不要。必须有中线。必须有中线。1.负载对称时负载对称时,=0 IN=I1+I2+I3 上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页2.负载不对称时负载不

9、对称时,0 IN=I1+I2+I3上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页N+N R1R2R3L1L3L2例例 1若若R1=R2=R3=5 ，求线电流及中性线电求线电流及中性线电若若R1=5 ,R2=10 ,R3=20 ,求线电流及求线电流及 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压源线电压 。负载为负载为电灯组，电灯组，流流 IN;中性线电流中性线电流 IN。N+N R1R2R3L1L3L2中性线电流中性线电流解解：已知已知：(1)(1)线电流线电流 三相对称三相对称上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页

10、例例 2 图图中中电电源源电电压压对对称称，Up=220 V；负负载载为为电电灯灯组组，在在额额定定电电压压下下其其电电阻阻分分别别为为 R1=5 ，R2=10 ，R3=20 。电电灯灯额定电压额定电压 UN=220 V。求负载相电压、相电流及中性线电流。求负载相电压、相电流及中性线电流。+u1Nu2+u3+i1N i2i3iNR1R2R3L1L2L3 解解 负负载载不不对对称称有有中中性性线线时时(其其上上电电压压若若忽忽略略不不计计)，负负载载的的相相电电压压与与电电源源的相电压相等。的相电压相等。2200 0 I1=U1R1=A=5440 A220-120I2=U2R2=A=10A22-

11、120 220120I3=U3R3=A=2011120 AIN=I1+I2+I3=29.1-19 例例 3 在在上上例例中中，(1)L1 相相短短路路时时，(2)L1 相相短短路路而而中中性性线又断开时线又断开时，试求各相负载的电压。，试求各相负载的电压。解解(1)此此时时 L1 相相短短路路电电流流很很大大将将 L1 相相中中熔熔断断器器熔熔断断，因因有有中中性性线线 L2、L3 两两相相未未受受影影响响，其其上上电电压压仍为仍为 220 V。(2)此时负载中点即为此时负载中点即为 L1，因此，因此，负载各相电压为负载各相电压为+i1N i2i3R1R2R3AL2L3NL1在在此此情情况况下

12、下，L2、L3 两两相相都都超超过过了了负负载载的的额额定定电电压压 220 V，这是这是不允许不允许的。的。例例 4 在在例例 2.8.1 中中，(1)(1)L1相相断断开开时时，(2)L1 相相断断开开而而中性线又断开时中性线又断开时，试求各相负载的电压。，试求各相负载的电压。+i1N i2i3R1R2R3L1L2L3N 解解(1)(1)此此时时 L1 相相断断路路，电电流流为为 0。因因有有中中性性线线 L2、L3 两两相相未未受受影影响响，其上电压仍为其上电压仍为 220 V。(2)此此时时电电路路成成为为单单相相电电路路，L2、L3 两两相相串串联联结结在在 380 V 的的电电源源

13、上上，两两相相电电流流相相等等。由由于于 L2 相相电电阻阻为为 10 ，故故其其上上电电压压约约为为 127 V，而而 L3 相相电电阻阻为为 20 ，故其上电压将约为故其上电压将约为 253 V。在在此此情情况况下下，L2、L3 两两相相的的电电压压均均与与负负载载的的额额定定电电压压 220 V 不不同同，将将产产生生什什么么后后果果？如如何何避避免免此此类情况发生？类情况发生？想一想想一想中性线的作用是什么？在什么情况下可以没有中性线？中性线的作用是什么？在什么情况下可以没有中性线？（1）不对称负载不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻

14、越大，负载承受的电压越电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。高。（2）中性线的作用：保证星形联结三相不对称负）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。载的相电压对称。（3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制）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（指干线）内不允许接熔断器或供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或闸刀开关。闸刀开关。结论结论上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页5.3负载三角形联接的三相电路负载三角形联接的三相电路线、相电压对应相等线、相电压对应相等(1)(1)负载线、相电压之间的关系负载线、相电压之间的

15、关系负负载载三三角角形形联联结结电电路路如如图图所所示示，各电压电流参考方向已在图中标出。各电压电流参考方向已在图中标出。i3L1L3i2i1i12i23i31+u12+u23+u31L2|Z12|Z31|Z23|U12=U23=U31=Ul=Up(2)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系各相负载相电流有效值分别为各相负载相电流有效值分别为各相负载的电压与电流相位差分别为各相负载的电压与电流相位差分别为i3L1L3i2i1i12i23i31+u12+u23+u31L2|Z Z1212|Z31|Z23|显显然然三三个个线线电电流流也也对对称称，若若有有效效值值用用 Il 表表示示，则

16、则有有 I1=I2=I3=Il，且且；相相位位上上，线线电流电流滞后滞后相应的相电流相应的相电流 30 。(2)负载线、相电流之间的关系负载线、相电流之间的关系根据根据 KCL，负载线、相电流，负载线、相电流之间的关系为之间的关系为若负载对称，即若负载对称，即|Z12|=|Z23|=|Z31|=|Z|和和 12=23=31=则负载相电流也是对称的，即则负载相电流也是对称的，即I1 I2 I3 I31 I12 I23 U12U31U23 若若负载对称，负载对称，相电流和线电流对称。相电流和线电流对称。结论：结论：Il 滞后于与之对应的滞后于与之对应的 Ip 30o。Il=3 IpI1 I2 IL

17、2 -I3I3 IL3 相量图相量图:IL1 上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页 三相负载采取那种联结方式三相负载采取那种联结方式 取决于电源电压和负载的额取决于电源电压和负载的额定电压定电压,原则上应使负载的实际工作相电压等于额定相电压。原则上应使负载的实际工作相电压等于额定相电压。例如例如:某三相异步电动机某三相异步电动机,三相绕组的额定电压是三相绕组的额定电压是 220 V,若两电源的线电压分别为若两电源的线电压分别为 380 V 和和 220 V,负载应采取那种联结方式负载应采取那种联结方式?答答:线电源线电源 380 V:Y 形联结形联结 线电源线电源 220

18、 V:形联结形联结 说明：说明：若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页5.4三相功率三相功率不不论论负负载载是是何何种种连连接接方方式式，总总的的有有功功功功率率必必定定等等于于各各相相功功率之和。当负载对称时，三相总功率为率之和。当负载对称时，三相总功率为P=3Pp=3UpIpcos 注意注意 是相电压与相电流的相位差角。是相电压与相电流的相位差角。当对称负载是星形联结时，当对称负载是星形联结时，当对称负载是三角形联结时，当对称负载是三角形联结时，由上述关系可得对称负载的三相功率为由上

19、述关系可得对称负载的三相功率为注意注意 仍仍是相电压与相电流的相位差角。是相电压与相电流的相位差角。同理，可得同理，可得有功功率有功功率无功功率无功功率视在功率视在功率说明说明任意任意负载负载P=P1+P2+P3Q=Q1+Q2+Q3S=S1+S2+S3 对称对称负载负载P=3P1=3Up Ip cos =3 Ul Il cos Q=3Q1 =3Up Ip sin =3Ul Il sin S=3S1 =3Up Ip =3 Ul Il相值相值线值线值 三相电路的功率三相电路的功率上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页PQS功率三角形依然成立功率三角形依然成立 例例 1 有一个三

20、相对称负载有一个三相对称负载,每相负载每相负载 R=29，X=21.8，且每相负载的额定电压为且每相负载的额定电压为 380 求求:1.有一个三相星接电源有一个三相星接电源,电压为电压为 380 V，负载应如何联结？负载应如何联结？2.负载从电源取用的电流负载从电源取用的电流?3.负载所消耗的功率负载所消耗的功率?解解采取采取 形联结形联结ZZZ电源电源负载负载 Ip Il上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页2.Z =R2+X2=36.1 Ip=UPZ=38036.1 A=10.5 AIl=3 Ip=18.2 A=9 800 W3.P=3Up Ip cos cos =0.8 RZ上一节上一节返返 回回下一节下一节下一页下一页上一页上一页ZZZ电源电源负载负载 Ip Il作业：P181 5.2.1 5.2.3P182 5.4.1