第十二章三相电路.pptx

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1、第十二章 三相电路内容：本章主要学习三相电路的组成、特点、计算等问题。第1页/共52页1.1.三相电路实际上是一种特殊的交流电路。三相电路实际上是一种特殊的交流电路。正弦交流电路的分析方法正弦交流电路的分析方法对三对三相电路相电路完全适用完全适用。由于三相电路具有对称性，有时可采用一相电路分析，。由于三相电路具有对称性，有时可采用一相电路分析，以简化计算。以简化计算。2.2.电力系统所采用的供电方式绝大多数属于三相制，日常用电是取自三电力系统所采用的供电方式绝大多数属于三相制，日常用电是取自三相制中的一相。相制中的一相。3.3.三相制电力系统：由三个频率相同、相位互差三相制电力系统：由三个频率

2、相同、相位互差120120的正弦交流电源供的正弦交流电源供电的系统。电的系统。4 4.三相制的优点三相制的优点：三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多：三相制相对于单相制在发电、输电、用电方面有很多优点，主要有：优点，主要有：1）三相发电机比单相发电机输出功率高；）三相发电机比单相发电机输出功率高；2）经济：在）经济：在相同条件下（输电距离，功率，电压和损失）三相供电比单相供电省铜；相同条件下（输电距离，功率，电压和损失）三相供电比单相供电省铜；3）性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电动机来说，意味）性能好：三相电路的瞬时功率是一个常数，对三相电动机来说，意味着产生机接转矩均

3、匀，电机振动小；着产生机接转矩均匀，电机振动小；4）三相制设备）三相制设备(三相异步电动机，三相异步电动机，三相变压器三相变压器)简单，易于制造，工作经济、可靠。简单，易于制造，工作经济、可靠。概述第2页/共52页12-1 三相电路一、对称三相电源 三个频率相同,振幅相等而相位上相差120120的正弦电压构成对称三相电源。易得出:且：uA+ub+uc=0：称为单位相量算子。120120120第3页/共52页正序：A超前于B，B超前于C；逆序：A超前于C，C超前于B。正序(顺序)：ABCAABC 负序(逆序)：ACBAABC 相序：相序：各相电源经过同一值各相电源经过同一值(如正最大值如正最大值

4、)的先后顺序！的先后顺序！附：1、改变相序可改变电动机转向！2、工业中三相母线以黄、绿、红三色表示A、B、C三相。第4页/共52页二、对称三相电源的连接1.11.1星形连接星形连接(Y Y)：把三个绕组的末端：把三个绕组的末端 X,Y,Z X,Y,Z 接接在一起，把始端在一起，把始端 A,B,C A,B,C 引出来。引出来。+A AN NX X+B BY Y+C CZ Z1.1.连接方式A A+X X+B BC CY YZ ZA AB BC CN N第5页/共52页1.2 1.2 三角形联接()：三个绕组始末端分别对应相接。+A AX XB BY YC CZ Z+A A+X X+B BC CY

5、 YZ ZA AB BC C关于 接要强调一点：始端末端要依次相连。注意：正确接法错误接法I I 0,0,电源中将会产生环流。I I=0,0,电源中将不会产生环流。第6页/共52页 相电流：流过每相电源(负载)的电流 线电流：流过端线的电流：Y Y接：；接接：；接：Y Y接：2.2.相关名词介绍：A A+X X+B BC CY YZ ZA AB BC CN N 端线(火线)：A,B,C A,B,C 三端引出线。中线：中性点引出线(接地时称地线)，连接无中线。三相三线制与三相四线制。相电压：相电压：电源电源每一相每一相的电压的电压 线电压：端线之间线电压：端线之间的电压的电压，第7页/共52页三

6、、对称三相负载及其连接2.2.对称三相负载的连接：两种基本对称三相负载的连接：两种基本连连接方式接方式 Y Y、ABCNZZZABCZZZ1.1.对称三相负载(均衡三相负载)：三个相同负载(负载阻抗模相等，阻抗角相同)以一定方式连接起来。u按电源和负载的不同连接方式可分为YYYY，Y Y0 0YY0 0，Y Y ，YY，等。第8页/共52页12-12-线电压(电流)与相电压(电流)的关系一、电压关系1.1.星形(Y(Y形)连接的电源相电压、线电压则有：同理：2.2.三角形(形)连接的电源显然有：对电源电压的分析适用于负载侧。A A+X X+B BC CY YZ ZA AB BC CN N第9页

7、/共52页二、电流关系I IA AI IC CI IB B-+C CB BA A+-CCBBAAI IABABI IBCBCI ICACA流过各端线的电流流过各端线的电流IA ,IB,IC 叫做叫做线电流线电流I Il;流过各相负载的电流流过各相负载的电流 IAB,IBC,ICA 叫做叫做相电流相电流I Ip。1.1.当负载当负载形连接形连接时时:2.2.当负载当负载形连接形连接时则显然有时则显然有Y Y连接总结得形连接、；形连接、。第10页/共52页对称三相电路的计算方法是一相计算法。一、YYYY接(三相三线制)，Y Y0 0 Y Y0 0(三相四线制)12-3 12-3 对称三相电路的计算

8、 电源对称、负载对称 只有两个节点,令N为0 0点,n 的电压由弥尔曼定理求得:+_+_+NnZZZABCabc第11页/共52页+_ _+_ _ _+N Nn nZ ZZ ZZ ZA AB BC Ca ab bc c电源侧线电压对称，负载侧线电压也对称。负载侧相电压：计算电流：流过每相负载的电流与流过相应火线的线电流是流过每相负载的电流与流过相应火线的线电流是同一电流同一电流，且三相电流也是对称的。，且三相电流也是对称的。第12页/共52页+_+_+NnZZZABCabc+ANnaZ由一相计算电路可得：由对称性可写出：因因N N，n n两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便两点等电位

9、，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为可将三相电路的计算化为一相电路一相电路的计算。当求出相应的电压、的计算。当求出相应的电压、电流后，再由对称性，可以直接写出其它两相的结果。电流后，再由对称性，可以直接写出其它两相的结果。第13页/共52页结论：有有无无中中线线对对电电路路情情况况没没有有影影响响。没没有有中中线线(YY(YY接接，三三相相三三线线制制)，可可将将中中线线连连上上。因因此此，YYYY接接电电路路与与Y Y0 0YY0 0接接(有有中中线线)电电路路计计算算方方法法相相同。且中线有阻抗时可短路掉。同。且中线有阻抗时可短路掉。对对称称情情况况下下，各各相相电电

10、压压、电电流流都都是是对对称称的的，只只要要算算出出某某一一相相的的电电压压、电电流流，则则其其他他两两相相的的电电压、电流可直接写出。压、电流可直接写出。UnN=0=0，中线电流为零。第14页/共52页二、YY 连接+_+_+NZZZABCabc负载上相电压与线电压相等：负载上相电压与线电压相等：第15页/共52页+_+_+NZZZABCabc 计算计算相电流相电流：线电流线电流：30o30o30o30o 第16页/共52页结论：(1)1)负载上负载上相电压与线电压相等相电压与线电压相等，且对称，且对称。(2)(2)线线电电流流与与相相电电流流也也是是对对称称的的。线线电电流流大大小小是是相

11、相电流的电流的 倍倍，相位落后相应相电流，相位落后相应相电流3030。故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余两相结果。+A AN Nn na aZZ+_ _+_ _ _+N NZ ZZ ZZ ZA AB BC Ca ab bc cn n第17页/共52页+ANnaZ/3三、电源为 接时的对称三相电路的计算(YY，)+ABC+ABCN将 接电源用Y Y接电源替代，保证其线电压相等，再根据上述YYYY，Y Y 接方法计算。第18页/共52页四、一般对称三相电路的计算：四、一般对称三相电路的计算：b+_ACBZZlZlZlZZac+ANnaZ/3Zl第19页/共52页u小结：1.1.三相电

12、压、电流均对称。负载为Y Y连接线电流与对应的相电流相同。负载为 连接线电压与对应的相电压相同。2.2.对称三相电路的一般计算方法(1)(1)将所有三相电源、负载都化为等值Y YY Y连接电路；(2)(2)连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗不计；(3)(3)画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：(4)(4)根据根据 、Y Y接接线线与与相相之间的关系，求出原电路电流电压。之间的关系，求出原电路电流电压。(5)(5)由对称性，得出其它两相的电压、电流。一相电路中的电压为Y Y接时的相电压；一相电路中的电流为线电流。第20页/共52页例1 1 A AB BC CZ ZZ ZZ ZZ Zl lZ

13、 Zl lZ Zl l已已知知对对称称三三相相电电源源线线电电压压为为380V380V，Z=6.4+j4.8=6.4+j4.8，Zl l=6.4+j4.8=6.4+j4.8。求负载Z Z的相电压、线电压和电流。解：+A A+B BN N+C CZ Zl lZ Zl lZ Zl lZ ZZ ZZ Z+A AN Nn na aZ ZZ Zl l第21页/共52页+ANnaZZl第22页/共52页例2 2A AB BC CZ ZZ ZZ ZA AB BC CZ ZZ ZZ Z一对称三相负载分别接成Y Y接和 接。分别求线电流。解：应用：Y Y降压起动。第23页/共52页例3 3 如 图 对 称 三

14、相 电 路，电 源 线 电 压 为 380V380V，|Z Z1 1|=10|=10，coscos 1 1=0.6(=0.6(滞 后)，Z Z2 2=j10=j10，Z ZN N=1+j2=1+j2。求：线电流、相电流；并定性画出相量图(以A A相为例)+_ _ _ _+N NA AC CB BZ Z1 1Z Z2 2Z ZN NNN解：+_ _Z Z1 1第24页/共52页+_ _Z Z1 1根据对称性，得B B、C C相的线电流、相电流：第25页/共52页由此可以画出相量图：30o53.1o18.4o第26页/共52页解：图(b)：第27页/共52页电源不对称程度小(由系统保证)。电路参数

15、(负载)不对称情况很多。讨论对象：电源对称，负载不对称(低压电力网)。分析方法：不对称复杂交流电路分析方法。不能抽单相 。主要了解：中性点位移。12-4 12-4 不对称三相电路的计算第28页/共52页 一般情况下,不对称三相电路的三相电源都是对称的，而负载是不对称的。N NN NA AB BC C 因电路的不对称而使NNNN间产生电压的现象叫做中点位移。Z ZN N=0,=0,即NNNN短接,无中心点位移,但中线电流不为0 0;Z ZN N=,=,中心点位移最大。由弥尔曼定理求得:在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程

16、度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，可能使负载的工作状态不正常。重不对称，可能使负载的工作状态不正常。第29页/共52页例1 1 照明电路:(1)(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。A AB BC C380V380V220V220VN=NN=N(2)(2)假设中线断了(三相三线制),A),A相电灯没有接入电路(不对称)。灯泡未在额定电压下工作，灯光昏暗。A AC CB BN NNNA AC CB BNN190V190V190V190V380V380VA AC CB BNNN N第30页/共52页(3)A(3)A相短路3

17、80V380VA AB BC CNNN N380V380V超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。结论结论：1 1）照明中线不装保险，并且中线较粗。一是减少损耗，）照明中线不装保险，并且中线较粗。一是减少损耗，二是加强强度二是加强强度(中线一旦断了，负载就不能正常工作中线一旦断了，负载就不能正常工作)；2 2）要要消消除除或或减减少少中中点点的的位位移移，尽尽量量减减少少中中线线阻阻抗抗，然然而而从从经经济济的的观观点点来来看看，中中线线不不可可能能做做得得很很粗粗，应应适适当调整负载，使其接近对称情况。当调整负载，使其接近对称情况。A AC CB BNN第31页/共52页例例2 2 相序仪电路。相

18、序仪电路。已知已知1/(1/(w C)=)=R，三相电源对称。，三相电源对称。求：灯泡承受的电压。求：灯泡承受的电压。解：若若接接电电容容一一相相为为A A相相，则则B B相相电电压压比比C C相相电电压压高高。B B相相灯较亮，灯较亮，C C相较暗相较暗(正序正序)。据此可测定三相电源相序。据此可测定三相电源相序。ACBNRCR第32页/共52页上面分析的是电容上面分析的是电容C C 的一个特定值，即的一个特定值，即1/(1/(wC)=)=R时。下面分析当时。下面分析当C C 为任意值时，这个结论也正确。为任意值时，这个结论也正确。定性分析：A AC CB BNNC CR RR RA AC

19、CB BNNR RR R(D)(D)+_ _R R/2/2第33页/共52页 C=0,1/(w C)=，开路。NN点在BCBC的中点(D(D点)。C=，1/(w C)=0。NN点移到的A A点。NN在半圆上移动。从位形图上看到UBN UCN。故B B相灯比C C相的亮。+_ _R R/2/2+_ _+_ _A ANNA AC CB BD DNNN NC C 第34页/共52页例3 3Z ZZ ZZ ZA A1 1A A2 2A A3 3S S如图电路中，电源三相对称。当开关S S闭合时，电流表的读数均为5A5A。求求：开开关关S S打打开开后后各各电电流表的读数。流表的读数。解：开开关关S S

20、打打开开后后，电电流流表表A A2 2中中的的电电流流与与负负载载对对称称时时的的电电流流相相同同。而而A A1 1、A A3 3中中的的电电流流相相当当于于负负载对称时的相电流。载对称时的相电流。电流表电流表A A2 2的读数的读数=5A=5A电流表电流表A A1 1、A A3 3的读数的读数=第35页/共52页例例4 4 电路中对称三相电源线电压电路中对称三相电源线电压U U1 1=380 V=380 V，阻抗，阻抗Z Z1 1=30+j40=30+j40，Z ZA A=100=100，Z ZB B=-j200=-j200，Z ZC C=j380=j380。求：求：电流表电流表A1A1、A

21、2A2的读数；三相电源发出的功率。的读数；三相电源发出的功率。解：设则电流表电流表A1A1的读数为的读数为5.97 5.97 A,A2A,A2的读数为的读数为1.901.90 A A。三相电源发出的功率第36页/共52页12-5 12-5 三相电路的功率一、功率的计算 有功功率:P=PA+PB+PC =UAIAcos A+UBIBcos B+UCICcos C 无功功率:Q=QA+QB+QC =UAIAsin A+UBIBsin B+UCICsin C 复功率:在对称三相电路情况下有:Q=QA+QB+QC=3UPIPsin 瞬时功率=有功功率，为常数！P=PA+PB+PC=3UPIPcos 第

22、37页/共52页注意：(1)(1)为为相电压相电压与与相电流相电流的相位差角的相位差角(相阻抗角相阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。，不要误以为是线电压与线电流的相位差。(2)cos(2)cos 为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数：coscos A A=coscos B B=coscos C C=coscos (3)(3)均为电源发出的功率。第38页/共52页(1)(1)三瓦特计法：若负载对称，则需一块表，读数乘以 3 3。*三相负载W WW WW WA AB BC CN N*二、三相电路的功率的测量(对称，不对称)第39页/共52页 交流电路功率的测量uiZ+-W*i

23、1i2R电流线圈电压线圈单相功率表原理：电电流流线线圈圈中中通通电电流流i1=i；电电压压线线圈圈串串一一大大电电阻阻R(R L)后后，加加上上电电压压u，则则电电压压线线圈圈中中的的电电流流近近似似为为i2 u/R2。第40页/共52页指指针针偏偏转转角角度度(由由M确确定定)与与P成成正正比比，由由偏偏转转角角(校校准准后后)即可测量平均功率即可测量平均功率P。使用功率表应注意：(1)同同名名端端：在在负负载载u,i关关联联方方向向下下，电电流流i从从电电流流线线圈圈“*”号号端端流流入入，电电压压u正正端端接接电电压压线线圈圈“*”号号端端，此此时时P表示负载吸收的功率。表示负载吸收的功

24、率。(2)量程：P的量程=U的量程 I的量程 cos (表的)测量时，P、U、I均不能超量程。第41页/共52页(2)(2)二瓦特计法：这这种种量量测测线线路路的的接接法法是是将将两两个个功功率率表表的的电电流流线线圈圈接接到到任任意意两两相相中中，而而将将其其电电压压线线圈圈的的公公共共点点接到另一相没有功率表的线上。接到另一相没有功率表的线上。若若W W1 1的读数为的读数为P P1 1 ，W W2 2的读数为的读数为P P2 2 ，则，则 P P=P P1 1+P P2 2 即为三相总功率。即为三相总功率。三相负载W W1 1A AB BC C*W W2 2第42页/共52页证明：(设负

25、载为Y Y接)上面两块表的接法正好满足了这个式子的要求，所以上面两块表的接法正好满足了这个式子的要求，所以两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。最后表达式仅与线电压有关，所以最后表达式仅与线电压有关，所以也适用也适用 接接。p=uAN iA+uBN iB+uCN iC iA+iB+iC=0 (KCL)iC=(iA+iB)p=(uAN uCN)iA+(uBN uCN)iB =uACiA+uBC iB P=UACIAcos 1+UBCIBcos 2 iAACBiBiCN 1 1 :u uACAC 与与i iA A的相位差，的相位差，2 2 :u uBCBC

26、 与与i iB B的相位差。的相位差。第43页/共52页1.1.只有在只有在 iA+iB+iC=0=0 这个条件下，才能用二表法这个条件下，才能用二表法(即即Y Y接，接，接接)。不能用于不对称三相四线制不能用于不对称三相四线制。3.3.按按正正确确极极性性接接线线时时，二二表表中中可可能能有有一一个个表表的的读读数数为为负负，此此时时功功率率表表指指针针反反转转，将将其其电电流流线线圈圈极极性性反反接后，指针指向正数，但此时读数应记为接后，指针指向正数，但此时读数应记为负值负值。u注意：2.2.两块表读数的代数和为三相总功率，每块表的单独读数无意义。4.4.两两表表法法测测三三相相功功率率的

27、的接接线线方方式式有有三三种种，注注意意功功率率表的同名端。表的同名端。第44页/共52页分析分析：在对称负载中，每相负载的阻抗角为多少：在对称负载中，每相负载的阻抗角为多少时，功率表的读数出现负值？时，功率表的读数出现负值？由位形图分析：假设负载为感性，相电流(即线电流)落后相电压 。UAN，UBN，UCN为相电压。P P=P P1 1+P P2 2=U UACACI IA Acoscos 1 1+U UBCBCI IB Bcoscos 2 2=U Ul lI Il lcoscos 1 1+U Ul lI Il lcoscos 2 2 C CB BA AN N 1 1=3030 ，2 2=3

28、0 30 +第45页/共52页可得：讨论：P1=UlIlcos 1=UlIlcos(30 )；P2=UlIlcos 2=UlIlcos(30+)。=0P1P2P1=P1+P2 60o负数(零)(感性负载)60o负数(零)正数正数(容性负载)=90o0第46页/共52页若负载为 接(对称)：相电压即为线电压。其它两种接法可类似讨论。P=P1+P2=UlIlcos 1+UlIlcos 2 =UlIlcos(30 )+UlIlcos(30+)1=60 30 ：ACB 2=30+：第47页/共52页求：(1)(1)线电流和电源发出总功率；(2)(2)用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。解

29、：例：U Ul l =380V=380V，Z Z1 1=30+j40=30+j40，电动机 P P=1700W=1700W，coscos =0.8(=0.8(滞后)。(1)(1)D DA AB BC CZ Z1 1电动机第48页/共52页电动机负载：总电流：第49页/共52页表W W1 1的读数P P1 1：D DA AB BC CZ Z1 1电动机(2)(2)两表的读数如图。W W1 1*W W2 2P P1 1=U UACACI IA2A2coscos 1 1=380380 3.233.23cos(cos(30 30+36.936.9 )=1218.5W1218.5W表W W2 2的读数P P2 2：P P2 2=U UBCBCI IB2B2coscos 2 2=380380 3.233.23cos(cos(156.9 156.9+9090 )=481.6W481.6W第50页/共52页作业：P 259P 25912、第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页