電工學三相交流電

1、第四章三相交流電路第四章第四章 三相交流電路三相交流電路 4.1 三相交流電源三相交流電源 4.1.1 三相電動勢的產(chǎn)生三相電動勢的產(chǎn)生 4.1.2 三相交流電源的連接三相交流電源的連接4.2 三相負載及三相電路的計算三相負載及三相電路的計算 4.2.1 星形接法及計算星形接法及計算 4.2.2 三角形接法及計算三角形接法及計算4.3 三相電路的功率三相電路的功率4.1 三相交流電源三相交流電源4.1.1 三相電動勢的產(chǎn)生三相電動勢的產(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)生感應電動勢，圈中產(chǎn)生感應電動勢，其方向由其方向

2、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。tEeAXsin2一、三相交流電動勢的產(chǎn)生一、三相交流電動勢的產(chǎn)生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三線圈空間位置各差各差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)。三個的速度旋轉(zhuǎn)。三個線圈中便產(chǎn)生三個單相電動勢。線圈中便產(chǎn)生三個單相電動勢。二、三相電動勢的表示式二、三相電動勢的表示式三相電動勢

3、的特征：三相電動勢的特征： 大小相等，頻率相同，相位互差大小相等，頻率相同，相位互差120。240sin120sinsintEetEetEemZCmYBmXA)120sin(tEm1. 三角函數(shù)式三角函數(shù)式AEBECE2. 相量表示式及相互關(guān)系相量表示式及相互關(guān)系0CBAEEE1201200EEEEEECBAEm BeAeCe4.1.2 三相交流電源的連接三相交流電源的連接一、星形接法一、星形接法AeCeBeAXYCBZN 1. 連接方式連接方式Ce（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）:A

4、BC中線（零線）：中線（零線）：N 2. 三相電源三相電源星形接法的兩組電壓星形接法的兩組電壓CCNBBNAANeueueu相電壓相電壓：火線對零線間的電壓?；鹁€對零線間的電壓。2401200PCNPBNPANUUUUUUCeceBeACBNAe120 120 120 ANUBNUCNUANuBNuCNu線電壓線電壓：火線間的電壓。火線間的電壓。ANCNCACNBNBCBNANABUUUUUUUUUABuBCuCAuCABCABuuuCABN注意規(guī)定的注意規(guī)定的正方向正方向BNUABU線電壓和相電壓的關(guān)系：線電壓和相電壓的關(guān)系：BNUANUCNU30 BNANBNANABUUUUU303ANA

5、BUU30 330 3CNANCNCABNCNBNBCUUUUUUUU 同同理：理：303ANBNANABUUUUBNUANUCNUABUBCUCAU線電壓與相電壓的通用關(guān)系表達式：線電壓與相電壓的通用關(guān)系表達式：30 3plUUlU pU -為相電壓為相電壓 -為線電壓為線電壓在日常生活與工農(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V380 V220lPUU、CZCABYBCAXABUUUUUU plUU二、三角接法二、三角接法ACAuAXYCBZABuBCuBC特點：特點：線電壓線電壓=相電壓相電壓短路短路+E三個電源串接三個電源串接能否造成短路？能否造

6、成短路？直流電源行嗎？直流電源行嗎？AAeCeBeXYZBC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？AAeCeBeXYZBCEmAeBeCe三相交流電源中三個三相交流電源中三個電源可以串接的原因電源可以串接的原因在于：在于： 三個電源的電壓任三個電源的電壓任何瞬間相加均為零。何瞬間相加均為零。星形接法星形接法ACB NZZZ4.2 三相負載及三相電路的計算三相負載及三相電路的計算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(

7、負載上的電流負載上的電流)：CNBNANIII 、4.2.1 星形接法及計算星形接法及計算線電流線電流(火線上的電流火線上的電流)：CBAIII 、lpII CNCBNBANAIIIIIIACBNZZZNiAiCiBiANiCNiBNi一、星形接法特點一、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, 線電壓領(lǐng)先于相電壓線電壓領(lǐng)先于相電壓30。BNUANUCNUABUBCUCAUACBNZZZANUABUCNUBNUCAUBCU30 330 3CNCABNBCUUUU303ANABUUBiAiACBNZAZBZCNiC

8、iANiCNiBNiCeceBeAe二、負載星形接法時的一般計算方法二、負載星形接法時的一般計算方法解題思路：解題思路： 一般線電壓一般線電壓 為已知，然后根據(jù)電壓和負載求為已知，然后根據(jù)電壓和負載求電流。電流。luZUIIuuuupplpLppl1. 負載不對稱時，各相單獨計算。如：負載不對稱時，各相單獨計算。如： 已知：已知： 三相負載三相負載 R、L、C 以及以及 三相線電壓：三相線電壓：120 120 0lCAlBClABUUUUUU求：各相、各線及中線電流求：各相、各線及中線電流CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI解：解：(1) CI CRA B NLCAINIBI

9、ANIBNICNI120 120 0lCAlBClABUUUUUU903130 311503130 31303130 31lCACNlBCBNlABANUUUUUUUUU相相電電壓壓線線電電壓壓CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNIlpUU31令：令：則相電壓為：則相電壓為：90903115015031303031PlCNPlBNPlANUUUUUUUUU(2) 相電流相電流CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI30RURUIPANAN18011901CUCjUCjUIPPCNCN240150LULjULjUIPPBNBNCAUABUBCU(3) 中線電流中線電

10、流CBANIIIINICNUANUBNUBNICNIANI(4) 各電流相量關(guān)系各電流相量關(guān)系18024030CPCNLPBNPANXUIXUIRUIAIBICI2. 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）CNUANUBNU3. 負載對稱，只要求電流、電壓大小時，僅算一相負載對稱，只要求電流、電壓大小時，僅算一相 有效值即可。有效值即可。0CBANIIII)(ZZZZCBA負載對稱時負載對稱

11、時問題及討論問題及討論零線是否可零線是否可以取消？以取消？答：三相完全對稱時，零線可以取消。稱為答：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。ceACBZZZCeBeAe4. 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用節(jié)點電位法用節(jié)點電位法ANNAIBICIAEBECECBAEBECERRRRNNABCAIBICIRRRRRRUN21121202201202200220 每盞燈為每盞

12、燈為220V、 100W4842PURAEBECERRRRNNABCAIBICI、V 12055NUAIBICI、代入代入R值得：值得：應用實例應用實例-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:每層樓的燈相每層樓的燈相互并聯(lián)互并聯(lián),然后分然后分別接至各相電別接至各相電壓上。設(shè)電源壓上。設(shè)電源電壓為：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

13、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 兩相兩相串連，電壓串連，電壓UBC （380V）加在加在B、C負載上。如果負載上。如果兩相負載對稱，則每相負兩相負載對稱，則每相負載上的電壓為載上的電壓為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)果二、三樓電燈全部變暗，不能正常工作。結(jié)果二、三樓電燈

14、全部變暗，不能正常工作。 問題問題2：若一樓斷開，二、三樓接通。但兩層樓若一樓斷開，二、三樓接通。但兩層樓 燈的數(shù)量不等（設(shè)二樓燈的數(shù)量為三層的燈的數(shù)量不等（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：二樓燈泡上的電壓超過額定電壓，結(jié)果：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，有的達不等的電壓，有的超過用電

15、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，不到額定電壓，都不能正常工作。比如，照明電路中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。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不允許接刀閘。允許接保險絲也不允許接刀閘。 4.2.2 三角形接法及計算三角形接法及計算ABiCAiBCiCiBiAiCAuABu

16、BCuACBlLpUU 特點特點：負載相電壓負載相電壓=線電壓線電壓各電流的計算各電流的計算BiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACBZ ZABABZ ZBCBCZ ZCACACACACABCBCBCABABABZUIZUIZUI相電流相電流BCCACABBCBCAABAIIIIIIIII線電流線電流（2）負載對稱時（）負載對稱時（ZAB=ZBC=ZCA=Z ），），各相電流有各相電流有 效值相等，相位互差效值相等，相位互差120 。有效值為：。有效值為：ZUIIIIlPCABCABBiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACBZABZBCZCA（1）負載不對稱時，先算出各

17、相電流，然后計算線電流。）負載不對稱時，先算出各相電流，然后計算線電流。CAABAIII303ABAIICAUABUBCUBICIABICAIBCI303303CACBCBIIII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CAIAIABCABICAIAI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 lLpUU 303plII注意電路注意電路中規(guī)定的中規(guī)定的正方向正方向負載對稱時：負載對稱時：cos3pLpIU

18、P 4.3 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)決定 3plLplIIUU星形接法時：星形接法時： 3 plLplIIUU三角形接法時：三角形接法時：cos3llIUP 4.3.1 三相電路的功率的計算三相電路的功率的計算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，三相電路的功率：在三相負載對稱的條件下，三相電路的功率：*i1i2u負負載載一、單相功率的測量一、單相功率的測量 電動式瓦特計電動式瓦特計在交流電路中在交流電路中cos1UkI其中，

19、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 成正成正比，且近似比，且近似同相同相4.3.1 三相電路的功率的測量三相電路的功率的測量二、三相功率的測量二、三相功率的測量 1W*2W*3W*負 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

20、，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)沒有意義單個功率表的讀數(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* 已知：已知： 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

21、，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）求電流大小）求電流大小2W*AICICBUACBABU1W*ZBZAZCNAUV0220NAU設(shè)：設(shè)：ANUABUBCUCAUCBU（2）求電流、電壓的相位關(guān)系）求電流、電壓的相位關(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-1A30386.4AIAUABUBCUCAUCBUAIBICIW3 .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