教學(xué)PPT三相電路講解

1、 三相電路 1 5.1.1 5.1.1 三相電源的產(chǎn)生及表示三相電源的產(chǎn)生及表示 1. 1. 三相電源的產(chǎn)生三相電源的產(chǎn)生 三相電路中的電源通常是由三相發(fā)電機(jī)三相電路中的電源通常是由三相發(fā)電機(jī) 或用戶(hù)變壓器提供的，由它可以獲得三個(gè)或用戶(hù)變壓器提供的，由它可以獲得三個(gè) 頻率相同、幅值相等、相位不同的電動(dòng)勢(shì)。頻率相同、幅值相等、相位不同的電動(dòng)勢(shì)。 5.1 5.1 三相電源三相電源 三相發(fā)電機(jī)中三相發(fā)電機(jī)中 三個(gè)線圈的首端分三個(gè)線圈的首端分 別用別用A、B、C表示；表示； 尾端分別用尾端分別用X、Y、 Z表示。表示。 圖圖 5-1 5-1 三相同步發(fā)電機(jī)原理圖三相同步發(fā)電機(jī)原理圖 2 對(duì)稱(chēng)三相電壓的

2、瞬時(shí)值表達(dá)式為對(duì)稱(chēng)三相電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為 )sin(2tUu A )120sin(2tUuB )120sin(2 )240sin(2 tU tUuC 對(duì)稱(chēng)三相電壓的相量為對(duì)稱(chēng)三相電壓的相量為 0UU A AB UaUU 2 120 AC UaUUU 120240 圖圖 5-2 5-2 對(duì)稱(chēng)三相電源對(duì)稱(chēng)三相電源 3 對(duì)稱(chēng)三相電壓的波形圖和相量圖分別如下圖所示：對(duì)稱(chēng)三相電壓的波形圖和相量圖分別如下圖所示： 圖圖 5-3 5-3 對(duì)稱(chēng)三相電壓波形圖對(duì)稱(chēng)三相電壓波形圖圖圖 5-4 5-4 對(duì)稱(chēng)三相電壓相量圖對(duì)稱(chēng)三相電壓相量圖 對(duì)稱(chēng)三相電壓的瞬時(shí)值之和為零，即：對(duì)稱(chēng)三相電壓的瞬時(shí)值之和為零，即： 0

3、CBA uuu 三相電壓的向量和為零，即：三相電壓的向量和為零，即： 0 CBA UUU 4 5.1.2 5.1.2 三相電源的星形連接三相電源的星形連接 圖圖 5-6 5-6 星形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電源星形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電源 三相電源的線電壓與相電壓的關(guān)系為：三相電源的線電壓與相電壓的關(guān)系為： CBBC BAAB uuu uuu ACCA uuu 將對(duì)稱(chēng)三相電源的尾端將對(duì)稱(chēng)三相電源的尾端X、 Y、Z連在一起，形成了對(duì)稱(chēng)三連在一起，形成了對(duì)稱(chēng)三 相電源的星形聯(lián)接。相電源的星形聯(lián)接。 中點(diǎn)中點(diǎn)、中線中線、火線？火線？ 5 采用相量表示為：采用相量表示為： 303303 ABAAB UUUUU 00

4、312030330 BCBCB UUUUU & 00 312030330 CACAC UUUUU & 圖圖 5-7 5-7 星形聯(lián)接對(duì)稱(chēng)三相電源的電壓相量圖星形聯(lián)接對(duì)稱(chēng)三相電源的電壓相量圖 0 1 30 2 lp UU COS 的有效值是相的 3倍即線線電電壓壓電電壓壓， 相位上線電壓超前相應(yīng)相電壓相位上線電壓超前相應(yīng)相電壓3030度度 pl UU3 6 5.1.3 5.1.3 三相電源的三角形連接三相電源的三角形連接 圖圖 5-8 5-8 三角形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電源三角形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電源 CCA BBC AAB uu uu uu CCA BBC AAB UU UU UU 將對(duì)稱(chēng)三相電源中的三

5、個(gè)單相電源首尾相接，如將對(duì)稱(chēng)三相電源中的三個(gè)單相電源首尾相接，如 圖所示，由三個(gè)連接點(diǎn)引出三條端線形成三角形連接圖所示，由三個(gè)連接點(diǎn)引出三條端線形成三角形連接 的對(duì)稱(chēng)三相電源。的對(duì)稱(chēng)三相電源。 三角形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電三角形聯(lián)接的對(duì)稱(chēng)三相電 源其線電壓等于相應(yīng)的相電源其線電壓等于相應(yīng)的相電 壓。壓。 7 例例5.1 三相對(duì)稱(chēng)電源如圖所示，其中三相對(duì)稱(chēng)電源如圖所示，其中 試作出試作出Y形等效電路。形等效電路。 VU A 0380 1 圖圖 5-9 5-9 例例 5.15.1圖圖 8 解：設(shè)等效電路如圖解：設(shè)等效電路如圖b所示，要使圖所示，要使圖a、圖、圖b所示電所示電 路等效，路等效， 必須保證兩

6、電路中的線電壓不變必須保證兩電路中的線電壓不變 1AAB UU 對(duì)圖對(duì)圖a a 303 2AAB UU 對(duì)圖對(duì)圖b b 12 330 AA UU 9 例例5.2 Y形負(fù)序三相電源的相電壓為形負(fù)序三相電源的相電壓為 求：線電壓，并畫(huà)出相量圖。求：線電壓，并畫(huà)出相量圖。 解：解： VU VU VU C B A 120220 120220 0220 圖圖 5-10 5-10 例例 5.25.2相量圖相量圖 VUUUU ABAAB 303 VUU BBC 303 VUU CCA 303 10 5.2 5.2 三相負(fù)載三相負(fù)載 交流電氣設(shè)備種類(lèi)繁多，其中有些設(shè)備只有接到交流電氣設(shè)備種類(lèi)繁多，其中有些設(shè)備

7、只有接到 三相電源時(shí)才能正常工作，如三相交流電動(dòng)機(jī)、大功三相電源時(shí)才能正常工作，如三相交流電動(dòng)機(jī)、大功 率的三相電爐等，這些設(shè)備稱(chēng)為三相負(fù)載。率的三相電爐等，這些設(shè)備稱(chēng)為三相負(fù)載。 圖圖 5-11 5-11 兩種負(fù)載的連接兩種負(fù)載的連接11 5.2.1 5.2.1 負(fù)載的星形連接負(fù)載的星形連接 圖圖 5-12 5-12 負(fù)載的星形連接負(fù)載的星形連接 0 PA UU 120 PB UU 120 PC UU 三相負(fù)載的星形連接如圖所示，如果忽略導(dǎo)線三相負(fù)載的星形連接如圖所示，如果忽略導(dǎo)線 電阻，這時(shí)加在各相負(fù)載上的電壓就等于電源的相電阻，這時(shí)加在各相負(fù)載上的電壓就等于電源的相 電壓，即電壓，即 a

8、A II bB II cC II 當(dāng)負(fù)載作星形連接時(shí)，各當(dāng)負(fù)載作星形連接時(shí)，各 相線電流等于相應(yīng)的相電流，相線電流等于相應(yīng)的相電流， 即即 12 5.2.2 5.2.2 負(fù)載的三角形連接負(fù)載的三角形連接 圖圖 5-15 5-15 負(fù)載的三角形連接負(fù)載的三角形連接 0 LAB UU 120 LBC UU 120 LCA UU 三相負(fù)載作三角形連接如圖所示，分析三相負(fù)載的三三相負(fù)載作三角形連接如圖所示，分析三相負(fù)載的三 角形連接時(shí)，常以電壓角形連接時(shí)，常以電壓 為參考相量，即為參考相量，即 ABU ABAB AB AB AB AB Z U Z U I | BCBC BC BC BC BC Z U

9、Z U I | CACA CA CA CA CA Z U Z U I | 流過(guò)每相負(fù)載的電流稱(chēng)為負(fù)流過(guò)每相負(fù)載的電流稱(chēng)為負(fù) 載相電流，它們?nèi)Q于各相負(fù)載載相電流，它們?nèi)Q于各相負(fù)載 的阻抗，即的阻抗，即 13 圖圖 5-16 5-16 對(duì)稱(chēng)負(fù)載三角形連接的相對(duì)稱(chēng)負(fù)載三角形連接的相 量圖量圖 流過(guò)相線的電流稱(chēng)為負(fù)載的線電流，可由流過(guò)相線的電流稱(chēng)為負(fù)載的線電流，可由KCL定定 律求得，即律求得，即 CAABA III ABBCB III BCCAC III 如果負(fù)載對(duì)稱(chēng)，三個(gè)相電流如果負(fù)載對(duì)稱(chēng)，三個(gè)相電流 是對(duì)稱(chēng)的，它們的相位互差是對(duì)稱(chēng)的，它們的相位互差120， 且有效值相等，且有效值相等，即即

10、| Z U IIII P PCABCAB 14 由圖由圖5-165-16可知，線電流也是可知，線電流也是 對(duì)稱(chēng)的，它們?cè)谙辔簧戏謩e滯后對(duì)稱(chēng)的，它們?cè)谙辔簧戏謩e滯后 于相應(yīng)的相電流于相應(yīng)的相電流30，三個(gè)線電三個(gè)線電 流的有效值相等，即流的有效值相等，即 LCBA IIII 3 LP II 1 30 2 LP II COS 15 5.5 5.5 三相電路的功率三相電路的功率 由功率守恒關(guān)系可知，三相負(fù)載的總平均功率應(yīng)為各單相由功率守恒關(guān)系可知，三相負(fù)載的總平均功率應(yīng)為各單相 平均功率之和。即平均功率之和。即 ccpcpbbpbpaapapcba IUIUIUPPPPcoscoscos 三相視在功

11、率為三相視在功率為 S= 22 QP 式中式中 及及 分別為各相的相電壓和分別為各相的相電壓和 相電流。相電流。 為各相負(fù)載的阻抗角，即各相電壓與電流為各相負(fù)載的阻抗角，即各相電壓與電流 的相位差角。同理，三相無(wú)功功率為的相位差角。同理，三相無(wú)功功率為 cpbpap 、U、UUcpbpap 、I、II cba 、 ccpcpbbpbpaapapcba IUIUIUQQQQsinsinsin 當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，則有當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，則有 cos33 PPa IUPP 16 式中，式中，Up、Ip為某相的相電壓和相電流，為某一相的阻抗為某相的相電壓和相電流，為某一相的阻抗 角。當(dāng)對(duì)稱(chēng)負(fù)載為角。當(dāng)對(duì)

12、稱(chēng)負(fù)載為Y Y形聯(lián)接時(shí)，有形聯(lián)接時(shí)，有 所以上式可寫(xiě)為所以上式可寫(xiě)為 PLPL IIUU,3 cos3cos33 LLPP IUIUP 當(dāng)對(duì)稱(chēng)負(fù)載為當(dāng)對(duì)稱(chēng)負(fù)載為形聯(lián)接時(shí)，有形聯(lián)接時(shí)，有 所以也可寫(xiě)為所以也可寫(xiě)為 pLpL UUII,3 cos3cos33 LLpp IUIUP 所以，無(wú)論對(duì)稱(chēng)負(fù)載作所以，無(wú)論對(duì)稱(chēng)負(fù)載作Y形連接還是作形連接還是作形連接，三相形連接，三相 總平均功率都為總平均功率都為 cos3 LLI UP 同理，可以得到對(duì)稱(chēng)負(fù)載的總無(wú)功功率為同理，可以得到對(duì)稱(chēng)負(fù)載的總無(wú)功功率為 sin3 LLI UQ 對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的視在功率為對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)的視在功率為 LLI US3 17 設(shè)三相負(fù)載

13、對(duì)稱(chēng)，設(shè)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，a a相的電壓、電流分別為相的電壓、電流分別為 tUuasin2)sin(2tIia 則其它各相電壓、電流均由對(duì)稱(chēng)性所確定。因此，各相則其它各相電壓、電流均由對(duì)稱(chēng)性所確定。因此，各相 瞬時(shí)功率為瞬時(shí)功率為 )2402cos(cos )120sin(2)120sin(2 )2402cos(cos )120sin(2)120sin(2 )2cos(cos )sin(2sin2 tUI tItUiuP tUI tItUiuP tUI tItUiuP ccc bbb aaa 三相瞬時(shí)功率的和為三相瞬時(shí)功率的和為 cos3cos3 LLcba IUUIPPPP 18 圖圖 5-25

14、 5-25 功率表接法功率表接法 三相功率的測(cè)量指的是三相平均功率三相功率的測(cè)量指的是三相平均功率P P的測(cè)量。一般使用的的測(cè)量。一般使用的 測(cè)量工具是電動(dòng)式瓦特計(jì)即功率表。它有兩個(gè)線圈，一個(gè)是電測(cè)量工具是電動(dòng)式瓦特計(jì)即功率表。它有兩個(gè)線圈，一個(gè)是電 壓線圈，另一個(gè)是電流線圈。電壓線圈的匝數(shù)較多，電流線圈壓線圈，另一個(gè)是電流線圈。電壓線圈的匝數(shù)較多，電流線圈 的匝數(shù)較少。測(cè)量功率時(shí)，電壓線圈與被測(cè)負(fù)載并聯(lián)，電流線的匝數(shù)較少。測(cè)量功率時(shí)，電壓線圈與被測(cè)負(fù)載并聯(lián)，電流線 圈與被測(cè)負(fù)載串聯(lián)。功率表在電路中的符號(hào)及接線方法如圖圈與被測(cè)負(fù)載串聯(lián)。功率表在電路中的符號(hào)及接線方法如圖5-5- 2525所示。

15、所示。 19 圖圖 5-26 5-26 三表法測(cè)三相功率三表法測(cè)三相功率 三相功率的測(cè)量可分為兩種情況。在三相四線制系統(tǒng)中，三相功率的測(cè)量可分為兩種情況。在三相四線制系統(tǒng)中， 三相功率的測(cè)量方法是：按照?qǐng)D三相功率的測(cè)量方法是：按照?qǐng)D5-26所示的方法連接功率表，所示的方法連接功率表， 測(cè)出每一相的功率，則三相總功率為測(cè)出每一相的功率，則三相總功率為 cba PPPP 動(dòng)畫(huà)演示：三相電路的測(cè)量動(dòng)畫(huà)演示：三相電路的測(cè)量 20 圖圖 5-27 5-27 三相三線制功率測(cè)量三相三線制功率測(cè)量 在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常要測(cè)量三相電路的功率。對(duì)于三相在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常要測(cè)量三相電路的功率。對(duì)于三相 三線制的電路

16、，不管其對(duì)稱(chēng)與否，均可用兩只瓦特表測(cè)量出三線制的電路，不管其對(duì)稱(chēng)與否，均可用兩只瓦特表測(cè)量出 該三相電路的功率。圖該三相電路的功率。圖5-27即為兩瓦特表的一種連接方式。即為兩瓦特表的一種連接方式。 兩瓦特表的電流線圈分別串入兩端線兩瓦特表的電流線圈分別串入兩端線（A，B）中，它們的中，它們的 電壓線圈則分別跨接在這兩條端線電壓線圈則分別跨接在這兩條端線（A，B）與第三條端線與第三條端線 （C）之間?？梢钥闯?，這種功率測(cè)量方法與負(fù)載及電源的之間?？梢钥闯?，這種功率測(cè)量方法與負(fù)載及電源的 連接方式無(wú)關(guān)，習(xí)慣上稱(chēng)作二瓦法。連接方式無(wú)關(guān)，習(xí)慣上稱(chēng)作二瓦法。 可以證明，圖可以證明，圖5-27中兩個(gè)瓦特

17、表讀數(shù)的代數(shù)和即為三相中兩個(gè)瓦特表讀數(shù)的代數(shù)和即為三相 負(fù)載吸收的平均功率。設(shè)其讀數(shù)分別為負(fù)載吸收的平均功率。設(shè)其讀數(shù)分別為W1，W2，按照瓦特，按照瓦特 表讀數(shù)的原理有表讀數(shù)的原理有 Re * 1ACA IUP Re * 2BCB IUP 21 所以所以 Re * 21BCBACA IUIUPP 因?yàn)橐驗(yàn)?* , CBACBBCCAAC IIIUUUUUU 代入上式得代入上式得 )(Re * 21BAcBBAA IIUIUIUPP * Re ReRe AABBCC ABC U IU IU I SSSS 上述結(jié)論得到證明。在對(duì)稱(chēng)三相電路中由圖上述結(jié)論得到證明。在對(duì)稱(chēng)三相電路中由圖5-28所示相

18、量所示相量 圖易證：圖易證： )30cos(Rep * 1 AACAAC IUIU )30cos(ReP * 2 BBCBBC IUIU 圖圖 5-28 5-28 對(duì)稱(chēng)負(fù)載星形連接時(shí)的相量圖對(duì)稱(chēng)負(fù)載星形連接時(shí)的相量圖 22 )30cos( 2 CCBI UP )30cos( 1 AABI UP 若將連接方式改為圖若將連接方式改為圖5-27（b）所示時(shí)，同理可以證明兩所示時(shí)，同理可以證明兩 個(gè)瓦特表讀數(shù)的代數(shù)和即為三相負(fù)載吸收的平均功率。若三相個(gè)瓦特表讀數(shù)的代數(shù)和即為三相負(fù)載吸收的平均功率。若三相 負(fù)載為對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)，有負(fù)載為對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)，有 23 例例5.8 已知三角形連接的對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，每相阻抗

19、為已知三角形連接的對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，每相阻抗為Z Z (10+j15) ,(10+j15) ,接到接到 380V對(duì)稱(chēng)三相電源上。試求負(fù)載的有功功率、對(duì)稱(chēng)三相電源上。試求負(fù)載的有功功率、 無(wú)功功率，視在功率及功率因數(shù)。無(wú)功功率，視在功率及功率因數(shù)。 AVQPS VarIUQ WIUP PP PP 24054)8 .20011(2 .13344 8 .20011)3 .56sin(1 .213803sin3 2 .13346)3 .56cos(1 .213803cos3 2222 總總總 總 總 所以得出三相負(fù)載的總功率所以得出三相負(fù)載的總功率P總 總、 、Q總 總、 、S總 總分別為 分別為 555. 03 .56coscos 三相負(fù)載的功率因數(shù)為三相負(fù)載的功率因數(shù)為 A Z I P 1.21 1510 380380 22 解：負(fù)載為三角形連接時(shí)，每相負(fù)載上的相電壓就是電源的解：負(fù)載為三角形連接時(shí)，每相負(fù)載上的相電壓就是電源的 線電線電 壓（因?yàn)闊o(wú)端線阻抗），由壓（因?yàn)闊o(wú)端線阻抗），由Z Z(10+j15)(10+j15)，可知，可知 其阻其阻 抗角為抗角為56.3 24 圖圖 5-29 5-29 例例5.95.9電路圖電路圖 例例5.9 圖圖5-29（a）所示電路中，已知負(fù)載吸收的有功功率所示電路中，已知負(fù)載吸收的有功功率 P=2.4kW，功率因數(shù)（感性負(fù)載