電工學第三章三相交流電.ppt

1、1,第 3 章,三相電路,2,三相交流發(fā)電機示意圖,3.1 三相電路,4.1.1. 三相電壓,1. 工作原理：動磁生電,三相繞組示意圖,電樞繞組及其電動勢,3,三相電動勢瞬時表示式,相量表示,直流勵磁的電磁鐵,4,對稱三相電動勢的瞬時值之和為 0,三相交流電到達正最大值的順序稱為相序,三個正弦交流電動勢滿足以下特征,5,2. 三相電源的星形聯(lián)結,1) 聯(lián)接方式,中性線(零線、地線,中性點,端線(相線、火線,在低壓系統(tǒng),中性點通常接地，所以也稱地線,相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機每相繞組）的電壓,線電壓：端線與端線間的電壓,Up,Ul,6,2) 線電壓與相電壓的關系,根據(jù)KVL定律,由相量圖可得

2、,相量圖,30,7,同理,8,3.1.2 三相電路中負載的聯(lián)結方法,三相負載,不對稱三相負載： 不滿足 ZA =ZB = ZC 如由單相負載組成的三相負載,1. 三相負載,分類,三相負載的聯(lián)接 三相負載也有 Y和 兩種接法，至于采用哪種方法 ，要根據(jù)負載的額定電壓和電源電壓確定,9,三相負載連接原則（1） 電源提供的電壓=負載的額定電壓；（2） 單相負載盡量均衡地分配到三相電源上,10,2.負載星形聯(lián)結,線電流：流過端線的電流,相電流：流過每相負載的電流,結論： 負載 Y聯(lián)結時，線電流等于相電流,1) 聯(lián)結形式,N 電源中性點,N負載中性點,11,2) 負載Y聯(lián)結三相電路的計算,1)負載端的線

3、電壓電源線電壓 2)負載的相電壓電源相電壓,3)線電流相電流,Y 聯(lián)結時,4)中線電流,負載 Y 聯(lián)結帶中性線時, 可將各相分別看作單相電路計算,12,負載對稱時,中性線無電流,可省掉中性線,3) 對稱負載Y 聯(lián)結三相電路的計算,所以負載對稱時，三相電流也對稱,負載對稱時，只需計算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對稱性直接寫出,13,例1,14,中性線電流,15,2) 三相負載不對稱（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分別計算各線電流,中性線電流,16,例2：照明系統(tǒng)故障分析,解: (1) A相短路,1) 中性線未斷,此時A相短路電流很大，將A相熔斷絲熔斷，而 B相和C相 未受影響，其相電

4、壓 仍為220V, 正常工作,在上例中，試分析下列情況 (1) A相短路: 中性線未斷時，求各相負載電壓； 中性線斷開時，求各相負載電壓。 (2) A相斷路: 中性線未斷時，求各相負載電壓； 中性線斷開時，求各相負載電壓,17,此情況下，B相和C相的電燈組由于承受電壓上所加的電壓都超過額定電壓（220V) ，這是不允許的,2) A相短路, 中性線斷開時,此時負載中性點N即為A, 因此負載各相電壓為,18,2) A相斷路,2) 中性線斷開,B、C相燈仍承受220V 電壓, 正常工作,1) 中性線未斷,變?yōu)閱蜗嚯娐?，如圖(b) 所示, 由圖可求得,19,結論,1）不對稱負載Y聯(lián)結又未接中性線時，負

5、載相電壓不再對稱，且負載電阻越大，負載承受的電壓越高。 （2） 中線的作用：保證星形聯(lián)結三相不對稱負載的相電壓對稱。 （3）照明負載三相不對稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線（指干線）內不允許接熔斷器或刀閘開關,20,1） 聯(lián)結形式,3 負載三角形聯(lián)結的三相電路,線電流: 流過端線的電流,相電流: 流過每相負載的電流 、,21,線電流不等于相電流,2) 相電流,1) 負載相電壓=電源線電壓,即: UP = UL,一般電源線電壓對稱，因此不論負載是否對稱，負載相電壓始終對稱, 即,2） 分析計算,相電流,線電流,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,22,相量圖,負載對稱時, 相電流對稱，即

6、,3) 線電流,由相量圖可求得,為此線電流也對稱，即,線電流比相應的相電流 滯后30,23,三相負載的聯(lián)接原則,負載的額定電壓 = 電源的線電壓,負載的額定電壓 = 電源線電壓,應使加于每相負載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無關,三相電動機繞組可以聯(lián)結成星形，也可以聯(lián)結成三 角形，而照明負載一般都聯(lián)結成星形（具有中性線,24,4.1.3 三相功率,無論負載為 Y 或聯(lián)結，每相有功功率都應為 Pp= Up Ip cosp,對稱負載 聯(lián)結時,同理,對稱負載Y聯(lián)結時,相電壓與相 電流的相位差,當負載對稱時：P = 3Up Ipcosp,所以,25,正誤判斷,對稱負載 Y聯(lián)結,26,對稱負

7、載 Y聯(lián)結,正誤判斷,27,有一三相電動機, 每相的等效電阻R = 29, 等效 感抗XL=21.8, 試求下列兩種情況下電動機的相電流、 線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得的結果： (1) 繞組聯(lián)成星形接于UL =380 V的三相電源上; (2) 繞組聯(lián)成三角形接于UL=220 V的三相電源上,例1,解,1,28,2,比較(1), (2)的結果,有的電動機有兩種額定電壓, 如220/380 V。 當電源電壓為380 V時, 電動機的繞組應聯(lián)結成星形； 當電源電壓為220 V時, 電動機的繞組應聯(lián)結成三角形,在三角形和星形兩種聯(lián)結法中, 相電壓、相電流 以及功率都未改變，僅三角形聯(lián)結情況下

8、的線電流 比星形聯(lián)結情況下的線電流增大 倍,29,例2,各電阻負載的相電流,由于三相負載對稱，所以只需計算一相，其它兩相可依據(jù)對稱性寫出,30,負載星形聯(lián)接時，其線電流為,負載三角形聯(lián)解時，其相電流為,2) 電路線電流,一相電壓與電流的相量圖如圖所示,31,一相電壓與電流的相量圖如圖所示,3) 三相電路的有功功率,32,三相對稱負載作三角形聯(lián)結，UL =220V，當S1、 S2 均閉合時，各電流表讀數(shù)均為17.3A，三相功率 P = 4.5 kW，試求: 1) 每相負載的電阻和感抗； 2) S1合、S2斷開時, 各電流表讀數(shù)和有功功率P； 3) S 1斷、S 2閉合時, 各電流表讀數(shù)和有功功率

9、P,例3,33,或：P =I 2R P =UIcostg =XL / R,解,1) 由已知條件可求得,34,2) S1閉合、S2斷開時,IA=IC =10A IB =17.32 A,流過電流表 A、C 的電流變?yōu)橄嚯娏?IP，流過電流表B 的電流仍為線電流IL,因為開關s均閉合時 每相有功功率 P =1.5 kW,當 S1合、S2斷時，ZAB、ZBC 的相電壓和相電流不 變，則PAB、PBC不變,P = PAB+PBC = 3 kW,35,IB = 0A,3) S1斷開、 S2閉合時,變?yōu)閱蜗嚯娐?I1 仍為相電流 IP ， I2 變?yōu)?1/2 IP,IA=IC =10 A+ 5 A= 15A

10、,I2 變?yōu)?1/2 IP，所以 AB、 BC 相的功率變?yōu)樵瓉淼?/4,P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW,36,某大樓為日光燈和白熾燈混合照明，需裝40瓦 日光燈210盞(cos1=0.5)，60瓦白熾燈90盞(cos2=1), 它們的額定電壓都是220V，由380V/220V的電網(wǎng)供電。試分配其負載并指出應如何接入電網(wǎng)。這種情況下,線路電流為多少,例4,解: (1) 該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖,37,解: (1) 該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖,38,例5,某大樓電燈發(fā)生故障，第二層樓和第三層樓所有電燈都突然暗下

11、來，而第一層樓電燈亮度不變，試問這是什么原因？這樓的電燈是如何聯(lián)接的？同時發(fā)現(xiàn)，第三層樓的電燈比第二層樓的電燈還暗些，這又是什么原因,解: (1) 本系統(tǒng)供電線路圖,39,2) 當P處斷開時，二、三層樓的燈串聯(lián)接380V 電壓，所以亮度變暗，但一層樓的燈仍承受220V電壓亮度不變,3) 因為三樓燈多于二樓燈即 R3 R2 , 所以三樓燈比二樓燈暗,解：(1)本系統(tǒng)供電線路圖,40,如：半波整流電路的輸出信號,1. 特點: 按周期規(guī)律變化，但不是正弦量,2.非正弦周期交流信號的產生,1) 電路中有非線性元件； 2) 電源本身是非正弦； 3) 電路中有不同頻率的電源共同作用,4.2 非正弦周期交流

12、信號,41,示波器內的水平掃描電壓,周期性鋸齒波,計算機內的脈沖信號,42,晶體管交流放大電路,交直流共存電路,43,3. 非正弦周期交流電路的分析方法,e,t,e1,問題1,此時電路中的電流也是非正弦周期量,即,不同頻率信號可疊加成周期性的非正弦量,44,問題2：既然不同頻率的正弦量和直流分量可以疊加成一個周期性的非正弦量，那么反過來一個非正弦的周期量是否也可分解為正弦分量和直流分量呢？數(shù)學上已有了肯定的答案，一切滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)都可以分解為傅里葉級數(shù)。這樣就可將非正弦周期量分解為若干個正弦交流電路來求解,45,4.非正弦周期量的分解,基波（或 一次諧波,二次諧波 （2倍頻,直流分

13、量,高次諧波,1) 周期函數(shù) 的傅里葉級數(shù),數(shù)學工具：傅里葉級數(shù),46,2) 矩形波、三角波、鋸齒波、全波整流電壓的傅里葉級數(shù)展開式,矩形波電壓,三角波電壓,47,鋸齒波電壓,全波整流電壓,48,周期性方波的分解,例,基波,三波諧波,七次諧波,49,基波,直流分量,直流分量+基波,三次諧波,直流分量+基波+ 三次諧波+五次諧波,u,t,五次諧波,50,從上例中可以看出，各次諧波的幅值是不等的，頻率愈高，則幅值愈小。說明傅里葉級數(shù)具有收斂性；其中恒定分量（如果有的話）、基波及接近基波的高次諧波是非正弦周期量的主要組成部分。上圖中，我們只取到五次諧波，若諧波的項數(shù)取得愈多，則合成的曲線愈接近原來的波形,51,5. 非正弦周期量的有效值,若,則有效值,利用三角函數(shù)的正交性得,52,式中,同理，非正弦周期電壓的有效值為,結論：周期函數(shù)的有效值為直流分量及各次諧波分量有效值平方和的方根,53,例1: 求圖示波形的有效值和平均值,有效值為,平均值為,解,練習題,參考教材P88頁例2.9.1,54,分析計算非正弦周期