《电路及磁路》第五章.ppt

第,5,章 三相电路,5.1,三相电压,5.2,负载星形联结的三相电路,5.3,负载三角形联结的三相电路,5.4,三相功率,第,5,章 三相电路,本章要求：,1.,搞清对称三相负载,Y,和,联结时相线电压、相线电流的关系。,2.,掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确,联接方法,，理解,中线的作用,。,3.,掌握,对称三相电路电压、电流及功率的计算,。,5.1,三相电压,1.,三相电压的产生,工作原理：动磁生电,+,+,_,_,e,e,U,1,U,2,定子,铁心,（作为导磁路经）,三相绕组,尺寸、匝数相同,空间排列互差,120,:,直流励磁的电磁铁,定子,转子,发电机结构,W,2,U,1,U,2,V,2,N,S,W,1,-,+,V,1,转子,三相电动势瞬时表示式,三相交流电到达正最大值的顺序称为,相序,。,供电系统三相交流电的相序为,U,V,W,。,波形图,e,e,1,e,2,e,3,t,O,相量式,相量图,E,1,E,2,120,0,E,3,120,0,120,0,对称三相电动势的瞬时值之和为,0,最大值相等,频率相同,相位互差,120,称为对称三相电动势,三个正弦交流电动势满足以下特征,(,尾端,),+,e,1,e,2,e,3,U,2,U,1,V,1,V,2,W,1,W,2,(,首端,),+,+,电动势参考方向：,绕组尾端首端,U,2,U,1,e,1,+,W,2,W,1,e,3,+,V,2,V,1,e,2,+,发电机三相绕组的连接,可以接成三个单相电路，但不经济。,2.,三相电源的星形联结,(1),联接方式,中性线,(,零线、地线,),中性点,端线,(,相线、火线,),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压,：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压,：端线与端线间的电压,、,U,p,+,+,+,、,U,l,N,L,2,L,3,L,1,e,1,+,e,3,+,e,2,+,+,+,+,(2),线电压与相电压的关系,根据,KVL,定律,由相量图可得,相量图,30,L,1,N,L,2,L,3,e,1,+,e,3,+,e,2,+,+,+,+,+,+,+,同理,3.,三相电源的三角形联结,+,+,+,L,2,L,1,L,3,5.2,负载星形联结的三相电路,三相负载,不对称三相负载：,不满足,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,如由单相负载组成的三相负载,对称三相负载：,Z,1,=,Z,2,=,Z,3,如,三相电动机,1.,三相负载,分类,单相负载：,只需一相电源供电,照明负载、家用电器,负载,三相负载：,需三相电源同时供电,三相电动机等,三相负载的联接,三相负载也有,Y,和,两种接法。,2.,负载星形联结的三相电路,线电流：,流过端线的电流,相电流：,流过每相负载的电流,结论：,负载,Y,联,结时，线电,流等于相电,流。,Y:,三相三线制,Y,0,：,三相四线制,(1),联结形式,+,Z,2,Z,3,Z,1,N,N,+,+,N,电源中性点,N,负载中性点,中线电流：,流过中性线的电流,(2),负载,Y,联结三相电路的计算,1),负载端的线电压电源线电压,2),负载的相电压电源相电压,3),线电流相电流,Y,联结时：,4),中线电流,负载,Y,联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算,+,Z,2,Z,3,Z,1,N,N,+,+,负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,(3),对称负载,Y,联结三相电路的计算,所以负载对称时，,三相电流也对称。,负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。,+,Z,2,Z,3,Z,1,N,N,+,+,例,1,：,N,+,+,+,N,R,1,R,2,R,3,L,1,L,3,L,2,若,R,1,=,R,2,=,R,3,=5,，,求线电流及中性线电,若,R,1,=5,R,2,=10,R,3,=20,求线电流及,一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压,。,负载为,电灯组，,流,I,N,;,中性线电流,I,N,。,中性线电流,解：,已知：,(1),线电流,三相对称,N,+,+,+,N,R,1,R,2,R,3,L,1,L,3,L,2,(2),三相负载不对称,（,R,1,=5,、,R,2,=10,、,R,3,=20,）,分别计算,各线电流,中性线电流,例,2,：照明系统故障分析,解,:,(,1,),L,1,相短路,1),中性线未断,N,R,1,R,3,R,2,L,1,L,2,N,L,3,此时,A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而,B,相和,C,相,未受影响，其相电压,仍为,220V,正常工作。,在上例中，试分析下列情况,(1)L,1,相短路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,(2)L,1,相断路,:,中性线未断时，求各相负载电压；,中性线断开时，求各相负载电压。,此情况下，,L,2,相和,L,3,相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（,220V),，,这是不允许的。,2)L,1,相短路,中性线断开,时,此时负载中性点,N,即为,A,因此负载各相电压为,L,1,L,2,N,L,3,N,i,1,i,3,i,2,+,+,+,(2)L,1,相断路,2),中性线断开,L,2,、,L,3,相灯仍承受,220V,电压,正常工作。,1),中性线未断,变为单相电路，,如图,(b),所示,由图可求得,I,L,2,L,3,U,1,U,2,+,+,(b),N,R,1,R,3,R,2,L,1,L,2,N,L,3,(a),结论,（,1,）,不对称负载,Y,联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。,（,2,）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。,（,3,）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,例,3:,求例,1,电路中性线断开时负载的相电压及相电流。,则节点电压,负载电压,N,N,R,2,R,3,.,R,1,+,+,+,+,+,+,+,解：,设,结论：,1.,不对称三相负载做星形联结且无中性线时,三相,负载的相电压不对称。,2.,照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。,1.,联结形式,5.3,负载三角形联结的三相电路,线电流,:,流过端线的电流,相电流,:,流过每相负载的电流,、,Z,12,Z,23,Z,31,L,1,L3,L2,+,+,+,线电流不等于相电流,(2),相电流,(1),负载相电压,=,电源线电压,即,:,U,P,=,U,L,一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称,即,2.,分析计算,相电流：,线电流：,U,12,=,U,23,=,U,31,=,U,l,=,U,P,Z,12,Z,23,Z,31,L,1,L,3,L,2,+,+,+,23,12,31,23,12,31,30,负载对称时,相电流对称,，即,2,3,(3),线电流,为此线电流也对称，即,线电流比相应的相电流,滞后,30,。,三相负载连接原则,（,1,）电源提供的电压,=,负载的额定电压；（,2,）单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,L,1,L,2,电源,L,3,保险丝,三相四线制,380/220,伏,N,额定相电压为,220,伏的单相负载,额定线电压为,380,伏的三相负载,负载的额定电压,=,电源的线电压,应作,联结,负载的额定电压,=,电源线电压,应作,Y,联结,三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。,5.4,三相功率,无论负载为,Y,或,联结，每相有功功率都应为,P,p,=,U,p,I,p,cos,p,对称负载,联结时：,对称负载,Y,联结时：,相电压与相,电流的相位差,当负载对称时：,P=,3,U,p,I,p,cos,p,所以,总有功功率为,P,=,P,1,+,P,2,+,P,3,同理：,无论负载为,Y,或,联结，每相无功功率都应为,Q,p,=,U,p,I,p,sin,p,总无功功率为,Q,=,Q,1,+,Q,2,+,Q,3,当负载对称时,视在功率,S,=,S,1,+,S,2,+,S,3,当负载对称时,正误判断,对称负载,Y,联结,+,Z,2,Z,3,Z,1,N,N,+,+,对称负载,Y,联结,正误判断,有一三相电动机,每相的等效电阻,R,=29,等效,感抗,X,L,=21.8,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：,(1),绕组联成星形接于,U,L,=380 V,的三相电源上,;,(2),绕组联成三角形接于,U,L,=220 V,的三相电源上。,例,1:,解,:,(1),(2),比较,(1),(2),的结果,:,有的电动机有两种额定电压,如,220/380 V,。,当电源电压为,380 V,时,电动机的绕组应联结成星形；,当电源电压为,220 V,时,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,相电压、相电流,以及功率都未改变,，仅,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 倍,。,例,2:,三相对称负载星形联接，接至线电压,380V,的三相电源上。其电流为,10A,，功率为,5700W,。求负载的功率因数，各相负载的等效阻抗，电路的无功功率和表观功率。,解,:,例,3:,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，其它两相可依据对称性写出。,线电压,U,l,为,380 V,的三相电源上，接有两组对称,三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相,阻抗,;,另一组是星形联结的电阻性,负载，每相电阻,R,=10,如图所示。试求：,各组负载的相电流；,(2),电路线电流；,(3),三相有功功率。,设,解：,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,(2),电路线电流,一相电压与电流的相量图如图所示,(3),三相电路的有功功率,-30,o,-67,o,-46.7,o,例,4:,解法,1:,有一台三相电阻加热炉，功率因数为,1,，星形联接；另有一台三相交流电动机，功率因数为,0.8,，三角形联接。两者共同由线电压,380 V,的三相电源供电，消耗的有功功率分别为,75kW,和,36kW,。求电路中线电流的大小。,解法,2:,三相对称负载作三角形联结，,U,L,=220V,，当,S,1,、,S,2,均闭合时，各电流表读数均为,17.3A,，三相,功 率,P,=4.5 kW,，,试求,:1),每相负载的电阻和感抗；,2)S,1,合、,S,2,断开时,各电流表读数和有功功率,P,；,3)S,1,断、,S,2,闭合时,各电流表读数和有功功率,P,。,例,5,：,Z,31,A,2,A,1,A,3,S,1,S,2,Z,12,Z,23,L,3,L,1,L,2,或：,P,=,I,2,R,P,=,UI,cos,tan,=X,L,/R,解：,(1),由已知条件可求得,Z,31,A,2,A,1,A,3,S,1,S,2,Z,12,Z,23,L,3,L,1,L,2,2)S,1,闭合、,S,2,断开时,I,1,=,I,3,=10A,I,2,=17.32 A,流过电流表,A,1,、,A,3,的电流变为相电流,I,P,，,流过电流表,A,2,的电流仍为线电流,I,L,。,因为开关,S,均闭合时,每相有功功率,P,=1.5 kW,当,S,1,合、,S,2,断时，,Z,12,、,Z,23,的相电压和相电流不,变，则,P,12,、,P,23,不变。,P,=,P,12,+P,23,=,3,kW,S,1,A,2,A,1,A,3,S,2,Z,12,Z,31,Z,23,L,3,L,1,L,2,L,2,线电流,I,2,=0A,3)S,1,断开、,S,2,闭合时,变为单相电路,Z,31,I,1p,Z,12,Z,23,L,1,L,3,I,2p,I,1p,仍为相电流,I,P,，,I,2p,变为,1/2,I,P,。,I,1,=,I,3,=10+5=15A,I,2p,变为,1/2,I,P,，,所以,L,12,、,L,23,相的功率变为原来的,1/4,。,P,=1/4,P,AB,+,1/4,P,BC,+P,CA,=,0.375 W+0.375 W+1.5 W =2.25,kW,A,2,A,1,A,3,S,1,S,2,Z,12,Z,23,Z,31,L,1,L,2,L,3,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装,40,瓦日光灯,210,盏,(cos,1,=,0.5,),，,60,瓦白炽灯,90,盏,(c,os,2,=1),它们的额定电压都是,220V,，,由,380V,/,220V,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,线路电流为多少？,例,6,：,解,:,(1),该照明系统与电网连接图,N,L,1,L,2,L,3,30,盏,+,70,盏,解,:,(1),该照明系统与电网连接图,V,(2),计算线电流,U,1,.,设,=220 0,N,L,1,L,2,L,3,30,盏,+,70,盏,另解,:,(2),例,7,：,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，这又是什么原因,？,解,:,(1),本系统供电线路图,P,三,层,二层,+,一层,(2),当,P,处断开时，二、三层楼的灯串联接,380V,电压，所,以,亮度变暗，但一层楼的灯仍承受,220V,电压亮度不变。,(3),因为,三楼灯多于二楼灯即,R,3,R,2,所以三楼灯比,二楼灯暗。,解：,(1),本系统供电线路图,P,三层,二层,一层,+,