第3章三相交流电路.ppt

,第 三 章,三相正弦交流电路,3.1 三相交流电源,3.2 三相负载的联接,3.3 三相电路的功率,第三章 三相正弦交流电路,上一页,下一页,返回本章,三相交流供电系统在发电、输电和用电方面与单相相比有造价低、节省金属材料、性能好等许多优点，发电厂均以三相交流方式向用户供电。本章介绍三相交流电的,供电方式、三相负载用电的联接方式及三相电功率。,上一页,下一页,返回本章,1.概念,由三个,幅值相等、频率相同、相位互差120,o,的单相交流电动势按一定方式连接起来所构成的电源称为,三相交流电源,。由三相电源构成的电路称为,三相交流电路,。,三相交流电源一般来自三相交流发电机或变压器副边的三相绕组。三相交流发电机的基本原理如图3-1所示,3.1 三相交流电源,上一页,下一页,返回本章,W,1,V,2,N,S,V,1,W,2,图3-1三相交流发电机原理图,U,2,U,1,上一页,下一页,返回本章,返回本节,发电机的固定部分称为,定子,其铁芯的内圆周表面冲有沟槽,放置结构完全相同的三相绕组U,1,U,2,、V,1,V,2,、W,1,W,2,。它们的空间位置互差120,o,，分别称为U相、V相、W相,工程上以,黄,、,绿,、,红,三种颜色标志。引出线的始端用,U,1,、,V,1,、,W,1,表示，末端用,U,2,、,V,2,、W,2,表示。,2.三相发电机的结构及工作原理,转动的磁极称为,转子,。转子铁芯上绕有直流励磁绕组。当转子被原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组切割转子磁场而产生三相交流电动势。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,将三个绕组的末端U,2,、,V,2,、W,2,连在一起引出一根连线称为,中性线,（若接地又称为,零线,），三个绕组的始端U,1,、,V,1,、,W,1,分别引出的三根线称为,端线,L,1,、L,2,、L,3,（中性线接地时又称为,火线,）,这种联接称为电源的,星形联接,。如图3-2所示,3.三相电源的联接,3.1 三相电源的星形联接,上一页,下一页,返回本章,返回本节,V,2,V,1,W,1,W,2,U,2,U,1,L,1,N,L,2,L,3,u,U,u,V,u,W,图3-2 电源的星形联接,上一页,下一页,返回本章,返回本节,相电压:,电源每相绕组两端的电压称为电源相电压。参考方向规定从绕组始端指向末端，用u,U,、u,V,、u,W,表示，有效值用U,P,表示。,三相四线制:,由三根端线和一根中线所组成的供电方式称为三相四线制。,三相三线制:,只用三根端线组成的供电方式称为三相三线制。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,三相电源瞬时值表达式为：,波形图和相量图如图3-3所示。相电压对称。,（3-1）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,0,wt,2,u,W,u,V,u,U,u,(a)相电压的波形图,(b)相量图,120,0,120,0,120,0,图3-3三相电源相电压的波形图和相量图,上一页,下一页,返回本章,返回本节,电源任意两根端线之间的电压称为,线电压,，用,u,UV,、,u,VW,、,u,WU,表示，如图3-4所示。,V,2,V,1,W,1,W,2,U,2,U,1,L,1,N,L,2,L,3,u,U,u,V,u,W,u,UV,u,VW,u,WU,图3-4,上一页,下一页,返回本章,返回本节,线电压和相电压之间的关系为：,（3-2）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,三个线电压对称。如图3-5所示,U,UV,U,30,30,o,30,o,U,WU,U,VW,U,U,U,U,U,图3-5相电压与线电压的相量图,上一页,下一页,返回本章,返回本节,用U,L,表示线电压的有效值,（3-3）,线电压为相电压的,倍。,（3-4）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,线电压的相位导前对应的相电压相位30,o,。线电压、相电压均为对称电压。,通常情况下三相四线制低压供电系统线电压为380V，相电压为220V。,3.2 三相电源的三角形联接,如果将三相发电机的三个绕组依次首（始端）尾（末端）相连，接成一个闭合回路，则可构成,三角形联接,。从三个连接点引出的三根线即为三根端线。如图3-6所示。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,图3-6 三相电源的三角形联接,W,U,1,(W,2,),V,1,(U,2,),W,1,(V,2,),U,V,u,WU,u,UV,u,VW,上一页,下一页,返回本章,返回本节,.,U,W,U,WU,.,U,U,.,U,UV,.,.,U,V,U,VW,.,图3-7 线电压等于相电压,当三相电源作三角形联接时，只能是三相三线制，而且线电压等于相电压。,U,P,=U,L,上一页,下一页,返回本章,返回本节,3.2 三相负载的联接,负载有单相负载与三相负载之分对于单相负载，应根据其额定电压接入电路。若负载所需的电压是电源的相电压，应将负载 接到端线与中线之间。如图3-8(a),|Z,U,|,|Z,V,|,|Z,W,|,图3-8,(a),U,V,W,N,上一页,下一页,返回本章,若负载所需的电压是电源的线电压，应将负载 接到端线与端线之间。如图3-8(b),|Z,UV,|,|Z,VW,|,|Z,WU,|,U,V,W,N,图3-8（b),上一页,下一页,返回本章,返回本节,三相负载有两种情况：一种是将三个（或三组）单相负载分别接到三相电源的每一相上，组成三相负载。另一种是负载本身就是要求三相电源供电的三相负载。例如三相交流电动机、三相电炉等,按照电源与负载联接方式不同，三相电源与负载有四种接法，即：Y-Y、Y-、-Y、-。但对用户来讲，电源绕组如何连接并不太关心。只讨论三相负载本身的联接：,星形（Y）联接和三角形（,）联接。,若三相电源上接入的负载完全相同（阻抗值相等、阻抗角相等），称为三相对称负载。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,图3-9负载的星形联接,N,|Z,U,|,|Z,W,|,|Z,V,|,U,V,W,U,V,N,W,u,U,u,W,u,V,i,N,1.三相负载的星形联接,上一页,下一页,返回本章,返回本节,图3-9中,每相负载两端的电压是电源的相电压（U,UN,、U,VN,、U,WN,）。,每相负载中的电流称为相电流I,P,（I,UN,、I,VN,、I,WN,）。,每根端线上的电流称为,线电流I,L,（I,U,、I,V,、I,W,）。,中线上的电流称为中线电流I,N,。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,各相负载电流的有效值为,（3-5）,各端线电流等于对应的相电流,（3-6）,中线电流为,（3-7）,（3-8）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,中线电流的计算,（1）对称三相负载,阻抗值相等、阻抗角相等且为同性质的负载。,（3-9）,（3-10）,（3-11）,各相电流大小相等，相位依次互差120,0,，电流瞬时值代数和、相量和均为零,上一页,下一页,返回本章,返回本节,wt,0,i,WN,i,VN,i,UN,i,(a)波形图,t,2,t,1,U,W,U,V,U,（b）相量图,图3-10 对称三相负载星形联接时电流波形图和相量图,星形联接的对称三相负载,中性线可以省去。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,如图3-11所示,三相负载R=X,L,=X,C,=22,电源相电压U,P,=220V,求中线电流.,U,V,W,N,R,X,C,X,L,i,1,i,N,i,3,i,2,N,图3-11 例3-1图,例,1:,(2)不对称三相负载,当三相负载不对称时,中性线有电流,可以从相量图中或相量复数运算中分析求解.,上一页,下一页,返回本章,返回本节,电阻负载上的电流和相位,（电流电压同相位）,电感负载上的电流和相位,（电压超前电流90,0,）,电容负载上的电流和相位,（电流超前电压90,0,）,解：,上一页,下一页,返回本章,返回本节,图3-12不对称负载中性线电流相量图,相量图如图3-12所示,上一页,下一页,返回本章,返回本节,中性线电流,有效值,中性线电流I,N,与相电流I,1,的相位相反,三相负载不对称时，中性线电流不为零，中性线不能省，必须采用三相四线制供电,。,上一页,下一页,返回本章,返回本节,U,V,W,W,V,U,图3-13负载的三角形联接,2.负载的三角形联接,上一页,下一页,返回本章,返回本节,每相负载两端的电压都是电源的线电压,，各负载中流过的电流为负载 的相电流。其有效值为,（3-14）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,各端线电流与各相电流的关系：,设三相负载为感性负载,每相负载上的电流均滞后对应的电压角。,（3-15）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,图3-14 三相对称感性负载三角形联接时,各相电流及各线电流的相量图,上一页,下一页,返回本章,返回本节,从图3-1相量图中可知,三个相电流和三个线电流均是数值相等、相位互差120,o,的三相对称电流。可以证明，线电流和相电流存在如下关系,。,（3-16）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,三相对称负载，每相R=6,X,L,=8,接到U,L,=380V的三相四线制电源上，试分别计算负载作星形、三角形联接时的相电流、线电流。,每相负载 的阻抗,相电流,线电流,例,2:,解：,负载作星形联接时，每相负载两端的电压等于电源的相电压,上一页,下一页,返回本章,返回本节,负载作三角形联接时，每相负载两端的电压是电源的线电压,相电流,线电流,上一页,下一页,返回本章,返回本节,3.3 三相电路的功率,从元件的电磁性能考虑，任意线性无源二端网络的平均功率（有功功率）等于该网络内所有电阻的平均功率之和，而无功功率等于该网络内所有电感和电容的无功功率之和。同样，,三相负载的有功功率等于各相负载的有功功率之和，三相负载的无功功率等于各相负载的无功功率之和,。,1三相负载的有功功率,上一页,下一页,返回本章,分别为各相负载的功率因数,若三相负载是对称的，则三相电压、电流分别对称，有效值分别相等，各相负载的复阻抗、功率因数也相等，即,三相总有功功率为,（3-17）,其中U,U,、U,V,、U,W,分别为各相电压的有效值，I,U,、I,V,、I,W,分别为各相电流的有效值，,上一页,下一页,返回本章,返回本节,当负载为星形联接时,当负载为三角形联接时,在对称三相电路中，无论负载接成星形还是三角形，总有功功率均为,（3-18）,上一页,下一页,返回本章,返回本节,2三相负载的无功功率,若负载对称,则各相负载的无功功率相等,均为,无论负载接成星形还是三角形,三相总无功功率均为,3三相负载的视在功率,(3-19),(3-20),上一页,下一页,返回本章,返回本节,cos,是每相负载的功率因数,当三相负载对称时，无论负载是星形联接还是三角形联接，电路的有功功率、无功功率均是每相负载的有功功率、无功功率的3倍。因线电流较易测量，故三相电功率的计算常用线电流I,L,、线电压U,L,表示,上一页,下一页,返回本章,返回本节,在例3-2中，计算出负载作星形、三角形联接时的有功功率、无功功率、视在功率。,例,3:,解,：,负载作星形联接时,上一页,下一页,返回本章,返回本节,负载作三角形联接时,从上面的计算可以得到如下关系,(3-21),上一页,下一页,返回本章,返回本节,