三相電源及其負載和功率

1、 教學(xué)目的：讓學(xué)生掌握三相電源的概念，產(chǎn)生原理，三相電源的星形和三角形連接，三相負載的連接，以及掌握對三相功率的計算。 教學(xué)安排：(1)舊課復(fù)習(xí)（5分鐘）(2)新課講解（80分鐘）(3)新課小結(jié)（5分鐘） 作業(yè)：課本習(xí)題第三章第三章 三相正弦交流電路三相正弦交流電路 3.3.1 3.3.1 負載星形接法及計算負載星形接法及計算3.3.2 3.3.2 負載三角形接法及計算負載三角形接法及計算3.4 3.4 不對稱三相電路的分析計算不對稱三相電路的分析計算3.5 3.5 三相電路的功率三相電路的功率3.1 三相正弦交流電動勢3.2 三相發(fā)電機繞組的連接3.3 三相負載3.1.1 3.1.1 三相正

2、弦交流電動勢的產(chǎn)生三相正弦交流電動勢的產(chǎn)生NS AXe在兩磁極中間，放一個線圈。在兩磁極中間，放一個線圈。根據(jù)右手定則可知，線根據(jù)右手定則可知，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由其方向由AX。讓線圈以讓線圈以 的速度順時的速度順時針旋轉(zhuǎn)。針旋轉(zhuǎn)。 合理設(shè)計磁極形狀，使磁通按正弦規(guī)律分布，合理設(shè)計磁極形狀，使磁通按正弦規(guī)律分布， 線圈兩端便可得到線圈兩端便可得到單相單相交流電動勢。交流電動勢。tEeAXsin23.1 3.1 三相正弦交流電動勢三相正弦交流電動勢AXYCBZSN定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 定子中放三個線圈：定子中放三個線圈：A XB YC Z 首端首端末端末端三線圈空間位置

3、各差三線圈空間位置各差120o轉(zhuǎn)子裝有磁極并以轉(zhuǎn)子裝有磁極并以 的速度旋轉(zhuǎn)。的速度旋轉(zhuǎn)。三個線圈中便三個線圈中便 產(chǎn)生三個單相電動勢。產(chǎn)生三個單相電動勢。3.1.1 3.1.1 三相正弦交流動勢的產(chǎn)生三相正弦交流動勢的產(chǎn)生大小相等，頻率相同，相位互差大小相等，頻率相同，相位互差120240sin120sinsintEetEetEemZCmYBmXA)120sin(tEm3.1.2 三相電動勢的特征：三相電動勢的特征：Em BeAeCe3.1.3 3.1.3 三相電動勢的瞬時關(guān)系三相電動勢的瞬時關(guān)系eA+eB+eC=0AEBECE3.1.43.1.4三相電動勢的相量關(guān)系三相電動勢的相量關(guān)系0CB

4、AEEE1201200EEEEEECBA3.2 3.2 三相交流電源的連三相交流電源的連接接3.2.1 星形接法星形接法AeCeBeAXYCBZNCe（中線）（中線）（火線）（火線）（火線）（火線）（火線）（火線）ceBeAXYCBZNAe三相四線三相四線制供電制供電火線（相線）火線（相線）:ABC中線（零線）：中線（零線）：N3.2.1 星形接法星形接法 三相三相繞組星形連接的兩組電壓繞組星形連接的兩組電壓CCNBBNAANeueueu相電壓：火線對零線間的電壓相電壓：火線對零線間的電壓2401200PCNPBNPANUUUUUUCeceBeACBNAe120 120 120 ANUBNUC

5、NUANuBNuCNu線電壓：火線間的電壓線電壓：火線間的電壓ANCNCACNBNBCBNANABUUUUUUUUUABuBCuCAuCABCABuuuCABN注意規(guī)定的正方向注意規(guī)定的正方向BNUABU線電壓和相電壓的關(guān)系線電壓和相電壓的關(guān)系BNUANUCNU30 BNANBNANABUUUUU303ANABUU30 330 3CNANCNCABNCNBNBCUUUUUUUU303ANBNANABUUUUBNUANUCNUABUBCUCAU線電壓和相電壓的關(guān)系線電壓和相電壓的關(guān)系線電壓與相電壓的關(guān)系線電壓與相電壓的關(guān)系30 3plUUlU pU -為相電壓為相電壓 -為線電壓為線電壓V380

6、 V220lPUU、在日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)用戶的電壓等級為在日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)用戶的電壓等級為CZCABYBCAXABUUUUUU plUU3.2.2 3.2.2 三角形接法三角形接法ACAuAXYCBZABuBCuBC特點：線電壓特點：線電壓= =相電壓相電壓短路短路+EAAeCeBeXYZBC問題討論問題討論+-EEE直流電源串接不行，直流電源串接不行，三相交流電源可以，三相交流電源可以， 為什么？為什么？AAeCeBeXYZBC AeBeCe三相交流電源中三個電源可以串接的原因：三相交流電源中三個電源可以串接的原因：三相電源的電壓在任何瞬間相加均為零。三相電源的電壓在任

7、何瞬間相加均為零。Em星形接法星形接法ACB NZZZ3.3 3.3 三相負載三相負載三角形接法三角形接法ACBZZZ負載也有兩種接法負載也有兩種接法:ACBNZZZANuBNuCNuAiCiBiANiCNiBNi相電流相電流(負載上的電流負載上的電流)：CNBNANIII 、3.2.1 負載星形接法負載星形接法線電流線電流(火線上的電流火線上的電流)：CBAIII 、lpII CNCBNBANAIIIIIIACBNZZZNiAiCiBiANiCNiBNi星形接法特點星形接法特點相電流相電流=線電流線電流* CNBNANNIIIINI: 零線電流零線電流*線電壓線電壓=相電壓相電壓 3, BN

8、UANUCNUABUBCUCAUACBNZZZANUABUCNUBNUCAUBCU30 330 3CNCABNBCUUUU303ANABUU線電壓領(lǐng)先于相電壓線電壓領(lǐng)先于相電壓30。BiAiACBNZAZBZCNiCiANiCNiBNiCeceBeAe負載星形接法時的一般計算方法負載星形接法時的一般計算方法 一般線電壓一般線電壓 為已知，然后根據(jù)電壓和負載求電流。為已知，然后根據(jù)電壓和負載求電流。luzuiippllupu（1）負載不對稱時各相單獨計算）負載不對稱時各相單獨計算三相負載 R、L、C 以及 三相線電壓：120 120 0lCAlBClABUUUUUU求：各相、各線及中線電流CI

9、CRA B NLCAINIBIANIBNICNI已知：已知：解：解：1. CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI120 120 0lCAlBClABUUUUUU903130 311503130 31303130 31lCACNlBCBNlABANUUUUUUUUU相電壓相電壓2. 相電流：相電流：CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI30RURUIPANAN18011901CUCjUCjUIPPCNCN240150LULjULjUIPPBNBNlpUU31令：令：CAUABUBCU3. 中線電流中線電流CBANIIIINICNUANUBNUBNICNIANI4.

10、 各電流相量關(guān)系各電流相量關(guān)系18024030CPCNLPBNPANXUIXUIRUIAIBICI（2）負載對稱時，只需計算一相）負載對稱時，只需計算一相ZZZZCBA 如如 AANANIZUI則則240120ANCCNANBBNIIIIII據(jù)此可直接得出另兩相電流：據(jù)此可直接得出另兩相電流：0CBAOIIII（中線電流為（中線電流為0）CNUANUBNU（3）負載對稱，只要求電流、電壓大小時，僅算一相有效值即可。）負載對稱，只要求電流、電壓大小時，僅算一相有效值即可。0CBANIIII)(ZZZZCBA負載對稱時負載對稱時問題及討論問題及討論零線是否可以取消？三相完全對稱時，零線可以取消。稱

11、為三相完全對稱時，零線可以取消。稱為三相三線制三相三線制。ceACBZZZCeBeAe三相三線制供電時各相電流的計算三相三線制供電時各相電流的計算ANNAIBICIAEBECECB求：各相電流求：各相電流已知：已知：240220 120220 0220CBAEEE每盞燈的額定值為每盞燈的額定值為: 220V、 100W用結(jié)點電壓法用結(jié)點電壓法ANNAIBICIAEBECECBAEBECERRRRNNABCAIBICIRRRRRRUN21121202201202200220 每盞燈為每盞燈為220V、 100W4842PURAEBECERRRRNNABCAIBICI、V 12055NUAIBIC

12、I、代入代入R值得值得應(yīng)用實例應(yīng)用實例-照明電路照明電路ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓N正確接法正確接法:每層樓的燈相互每層樓的燈相互并聯(lián)并聯(lián),然后分別接然后分別接至各相電壓上。至各相電壓上。設(shè)電源電壓為：設(shè)電源電壓為：V220380PlUU則每盞燈上都可則每盞燈上都可得到額定的工作電壓得到額定的工作電壓220V。照明電路的一般畫法照明電路的一般畫法零線上不能加零線上不能加刀閘和保險刀閘和保險ABCN. . . . . . .一一層層二二層層三三層層討論討論討論討論照明電路能否采用三相三線制照明電路能否采用三相三線制供電方式？供電方式？ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓

13、N不加零線不加零線會不會出會不會出現(xiàn)問題現(xiàn)問題?設(shè)線電壓為設(shè)線電壓為380V。A相斷開后，相斷開后，B、C 兩相串連，兩相串連，電壓電壓UBC （380V）加在）加在B、C負載上。如果兩相負載對稱，負載上。如果兩相負載對稱，則每相負載上的電壓為則每相負載上的電壓為190V。問題問題1：若一樓全部斷開，二、三樓仍然接通若一樓全部斷開，二、三樓仍然接通, 情況如何情況如何?ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓分析：分析：結(jié)果：結(jié)果：二、三樓電燈全部變暗，二、三樓電燈全部變暗， 不能正常工作。不能正常工作。 問題問題2： 若一樓斷開，二、三樓接通。但兩層樓燈的數(shù)量不等若一樓斷開，二、三樓接通

14、。但兩層樓燈的數(shù)量不等 （設(shè)二樓燈的數(shù)量為三層的（設(shè)二樓燈的數(shù)量為三層的1/4 ）結(jié)果如何？）結(jié)果如何？結(jié)果：結(jié)果：二樓燈泡上的電壓超過額定電壓，二樓燈泡上的電壓超過額定電壓， 燈泡被燒毀；三樓的燈不亮。燈泡被燒毀；三樓的燈不亮。ACBR2R3V 76380513RUV 304380542RU分析分析關(guān)于零線的結(jié)論關(guān)于零線的結(jié)論 負載不對稱而又沒有中線時，負載上可能得到大小不等的電負載不對稱而又沒有中線時，負載上可能得到大小不等的電壓，有的超過用電設(shè)備的額定電壓，有的達不到額定電壓，都壓，有的超過用電設(shè)備的額定電壓，有的達不到額定電壓，都不能正常工作。比如，不能正常工作。比如，照明電路中各相負

15、載不能保證完全對稱，照明電路中各相負載不能保證完全對稱，所以絕對不能采用三相三相制供電，而且必須保證零線可靠。所以絕對不能采用三相三相制供電，而且必須保證零線可靠。 中線的作用在于，使星形連接的不對稱負載得到相等的相中線的作用在于，使星形連接的不對稱負載得到相等的相電壓。為了確保零線在運行中不斷開，其上不允許接保險絲也電壓。為了確保零線在運行中不斷開，其上不允許接保險絲也不允許接刀閘。不允許接刀閘。 3.2.2 三角形接法及計算三角形接法及計算ABiCAiBCiCiBiAiCAuABuBCuACB plUU特點：特點：線電壓線電壓=相電壓相電壓各電流的計算各電流的計算BiABiCAiBCiCi

16、AiCAuABuBCuACBZ ZABABZ ZBCBCZ ZCACACACACABCBCBCABABABZUIZUIZUI相電流相電流BCCACABBCBCAABAIIIIIIIII線線電電流流（2）負載對稱時）負載對稱時（ZAB=ZBC=ZCA=Z ），），各相電流有效值相等，各相電流有效值相等，相位互差相位互差120 。ZUIIIIlPCABCABBiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACBZABZBCZCA（1）負載不對稱時，）負載不對稱時，先算出各相電流，先算出各相電流，然后計算線電流。然后計算線電流。各電流的計算各電流的計算CAABAIII303ABAII CAUABUB

17、CUBICIABICAIBCI303303CACBCBIIII同理：同理：0lABUU設(shè)：負載為阻性的，阻抗角為設(shè)：負載為阻性的，阻抗角為 0 。負載對稱時，三角形接法線、相電流的相位關(guān)系負載對稱時，三角形接法線、相電流的相位關(guān)系CAIAIACABICAIAIB負載對稱時三角形接法的特點負載對稱時三角形接法的特點BiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACB plUU303plII注意電路中規(guī)注意電路中規(guī)定的正方向定的正方向 負載對稱時：負載對稱時：cos3ppIUP 3.3 3.3 三相電路的功率三相電路的功率CBAPPPP三相總有功功率：三相總有功功率： 由負載由負載性質(zhì)決定性質(zhì)決

18、定 3plplIIUU星形接法時：星形接法時： 3 plplIIUU三角形接法時：三角形接法時：cos3llIUP llllllIUSIUQIUP3sin3cos3有功功率：有功功率：無功功率：無功功率：視在功率：視在功率：在三相負載對稱的條件下：在三相負載對稱的條件下：*單相功率的測量單相功率的測量 - - 電動式瓦特計電動式瓦特計i1i2u在交流電路中在交流電路中cos1UkI其中，其中， 為為 間的夾角。間的夾角。ui ,1指針偏指針偏轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)角度電流線圈電流線圈電壓線圈電壓線圈i2和和 u 成正比，成正比，且近似同相且近似同相負負載載三相功率的測量三相功率的測量 1W*2W*3W*負

19、載ACBN三相總功率為三個功率表測得數(shù)據(jù)的總和。三相總功率為三個功率表測得數(shù)據(jù)的總和。三相四線制接法，用三個功率表測量：三相四線制接法，用三個功率表測量：三相總功率等于兩表測得數(shù)據(jù)之和。三相總功率等于兩表測得數(shù)據(jù)之和。BuCiBiAiACuBCuACBCuAuAZBZCZ2W*1W*三相三線制的電路中，用二表法測功率：三相三線制的電路中，用二表法測功率：兩表法測量功率的原理：兩表法測量功率的原理：BCBACACBBCAACCBBAAuiuiuuiuuiiuiuiupBACiii結(jié)論：結(jié)論：三相總功率等于兩表測得數(shù)據(jù)之和。每單個功率表三相總功率等于兩表測得數(shù)據(jù)之和。每單個功率表 的讀數(shù)沒有意義的

20、讀數(shù)沒有意義，實驗用的實驗用的 三相瓦特計實際上就是根據(jù)三相瓦特計實際上就是根據(jù)“二表法二表法”的原理設(shè)計的。的原理設(shè)計的。求：功率表求：功率表W1、W2的讀數(shù)。的讀數(shù)。例例2W*電機電機AICICBUACBABU1W*電機的功率為電機的功率為 2.5 kW, 866.0cos （設(shè)電機為星形接法，（設(shè)電機為星形接法， N為其中點。）為其中點。） 電源線電壓為電源線電壓為380V，各相各相對稱。對稱。2W*電機電機AICICBUACBABU1W*A386. 4866. 03803105 . 2cos3cos33llllUPIIUP（1）求電流大?。┣箅娏鞔笮?W*AICICBUACBABU1W

21、*ZBZAZCNAUV0220NAU設(shè)：設(shè)：ANUABUBCUCAUCBU（2）求電流、電壓）求電流、電壓的相位關(guān)系的相位關(guān)系V90380V90380V30380CBBCABUUU則：則：2W*AICICBUACBABU1W*ZBZAZCNAUABUANUAIABAUI、間的相位差間的相位差6011已知電機的已知電機的866.0cos30866.0cos-130386.4AIAUABUBCUCAUCBUAIBICIW3 .83360cos386. 4380cos11AABIUPW7 .16660cos386. 4380cos22CCBIUPA90386.4CI同理，由相量圖可得同理，由相量圖可得02CBCUI、間的相位差間的相位差W1的讀數(shù)為的讀數(shù)為833.3瓦瓦W2的讀數(shù)為的讀數(shù)為1666.7瓦瓦相序指示器相序指示器 三相交流電動勢出現(xiàn)最大值三相交流電動勢出現(xiàn)最大值 的先后順序稱為三相電源的相序。的先后順序稱為三相電源的相序。 A - B - C 稱為順相序稱為順相序 A