《電工基礎(chǔ)》課件：第三章三相交流電路

1、 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT第三章第三章 三相交流電路三相交流電路3.2 三相負(fù)載及三相電路的計算三相負(fù)載及三相電路的計算3.3 三相電路的功率三相電路的功率3.1 三相交流電源三相交流電源3.1.1 對稱三相電動勢的產(chǎn)生對稱三相電動勢的產(chǎn)生3.1.2 三相交流電源的連接三相交流電源的連接3.2.1三相負(fù)載的星形接法及計算三相負(fù)載的星形接法及計算3.2.2 三相負(fù)載的三角形接法及計算三相負(fù)載的三角形接法及計算本章小結(jié)本章小結(jié) Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fun

2、damental Theory of Electrical EngineeringLUT 三相交流電的優(yōu)點三相交流電的優(yōu)點 三相交流發(fā)電機(jī)體積小、重量輕、成本低；三相交流發(fā)電機(jī)體積小、重量輕、成本低； 節(jié)省輸電線金屬的消耗量，輸電成本較低；節(jié)省輸電線金屬的消耗量，輸電成本較低； 應(yīng)用廣泛的三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價應(yīng)用廣泛的三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價 格低廉、性能良好和使用維護(hù)方便。格低廉、性能良好和使用維護(hù)方便。 三相交流電路三相交流電路 由三相交流電源供電的電路。由三相交流電源供電的電路。 電力系統(tǒng)目前普遍采用三相交流電源供電。電力系統(tǒng)目前普遍采用三相交流電源供電。 Fundamental

3、 Theory of Electrical EngineeringLUT3.1 三相交流電源三相交流電源3.1.1 3.1.1 三相電動勢的產(chǎn)生三相電動勢的產(chǎn)生+_eeAX定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子ZAXYNSC-+B合理設(shè)計磁極形狀，使磁通按合理設(shè)計磁極形狀，使磁通按正弦規(guī)律分布，線圈兩端便可正弦規(guī)律分布，線圈兩端便可得到得到單相單相交流電動勢交流電動勢。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT+ e1AX+ e2BY+ e3C ZAXBYCZAX 三相交流發(fā)電機(jī)由三個對稱的繞組組成，三相交流發(fā)電機(jī)由三個對稱的繞組組成， 在空間上彼此相差在空間上

4、彼此相差 120 ，它們的始端記為，它們的始端記為 A、B 、C ，末端記為，末端記為X 、Y 、Z 。（a）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)（b）繞組）繞組（c）三相電動勢）三相電動勢 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT三相電動勢瞬時表示式三相電動勢瞬時表示式tEe sinmA )120sin(mB tEe )120sin(mC tEe 相量表示法：相量表示法：EEE 0A 120BEE 120CEEe0tBeCeAe60oAEBECE120120120 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT* *

5、 對稱三相電動勢的瞬時值之和為對稱三相電動勢的瞬時值之和為0 0。* * 相序：三相交流電到達(dá)正最大值的順序。相序：三相交流電到達(dá)正最大值的順序。0CBAeee即：0CBAEEE或三相電動勢的特征：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120120-稱為對稱三相電動勢稱為對稱三相電動勢 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 發(fā)電機(jī)三相繞組通常將三個末端接在一起。發(fā)電機(jī)三相繞組通常將三個末端接在一起。 三個繞組末端的連接點稱為三個繞組末端的連接點稱為中性點中性點 ( N )。 三個首端三個首端A、B、

6、 C稱為稱為端點端點。 由中性點由中性點N引出的供電線稱為引出的供電線稱為中性線中性線或或零線零線。 由三個首端引出的供電線稱為由三個首端引出的供電線稱為端線端線或或火線火線。星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)ACBXYZ 3.1.2 3.1.2 三相交流電源的連接三相交流電源的連接-星形星形(Y)接法接法+ e1AX+ e2BY+ e3C Z Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT3.1.2 3.1.2 三相交流電源的連接三相交流電源的連接-星形星形(Y)接法接法(1) (1) 聯(lián)接方式聯(lián)接方式中性點中性點CBAUUU、CABCABUUU、CU+ + +

7、BU+ +AUN NB BC CA Ae eA A+ +e eC C+ +e eB B+ +ABU+ + +BCU+ +CAU三相四線制三相四線制供電供電(X.Y.Z)一一般用般用U 表示表示 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT(2)(2)線電壓和相電壓的關(guān)系線電壓和相電壓的關(guān)系CBBCUUU ACCAUUU AXYZNBCeA+eC+eB+CU+BU+AUABU+BCU+CAUBAABUUU 根據(jù)根據(jù)KVLKVL定律定律UA UB UC UCA 300UAB -UBUBC 相量圖相量圖: : Fundamental Theory o

8、f Electrical EngineeringLUT(1) 相電壓對稱相電壓對稱 線電壓也對稱線電壓也對稱 結(jié)論結(jié)論:(2) UAB = 3 UA(大小關(guān)系大小關(guān)系)U AB超前超前 UA 30o (相位關(guān)系相位關(guān)系)推出一般結(jié)論推出一般結(jié)論: Ul = 3 UpUl 超前于相應(yīng)的超前于相應(yīng)的 Up 30oUA UB UC UCA 300UAB -UBUBC 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V380V220lPUU例：例：已知已知星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電源的相星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電源的相 電壓為電壓為6kV，求它的線電壓是多少，求它的線電

9、壓是多少， 如以如以A A相為參考相，試寫出所有相相為參考相，試寫出所有相 電壓與線電壓的向量表達(dá)式。電壓與線電壓的向量表達(dá)式。解：解：kV304 .10ABUkV06AUkV1206BUkV12062406CUkV904 .10BCUkV1504 .10CAUUP=6kV UL=3UP=10.4kV Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT三相電源的三角形連接三相電源的三角形連接 將三相電源中每相繞組的首端依次與另一相將三相電源中每相繞組的首端依次與另一相 繞組的末端連接在一起，形成閉合回路。繞組的末端連接在一起，形成閉合回路。角型聯(lián)結(jié)角

10、型聯(lián)結(jié)A X B C YZ+ e1AX+ e2BY+ e3C Z Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT3.2 三相負(fù)載及三相電路的計算三相負(fù)載及三相電路的計算三相負(fù)載分為兩種三相負(fù)載分為兩種: :1. 對稱負(fù)載對稱負(fù)載: 三相阻抗相等的三相負(fù)載。三相阻抗相等的三相負(fù)載。 2. 不對稱負(fù)載不對稱負(fù)載: 使用時平均分配到三個相上。使用時平均分配到三個相上。三相負(fù)載的連接方式有兩種三相負(fù)載的連接方式有兩種: :1. 星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié):2. 三角形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié): Fundamental Theory of Electrical Enginee

11、ringLUT星形接法星形接法三角形接法三角形接法 三相負(fù)載的兩種接法三相負(fù)載的兩種接法: 具體采用何種接法，應(yīng)根據(jù)電源電壓和負(fù)載具體采用何種接法，應(yīng)根據(jù)電源電壓和負(fù)載 額定電壓的大小來決定。額定電壓的大小來決定。 原則上應(yīng)使負(fù)載的實際電壓等于其額定相電原則上應(yīng)使負(fù)載的實際電壓等于其額定相電 壓。壓。ZZZABCNZZZABC Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT3.2.1 3.2.1 星形接法及計算星形接法及計算NICBAIII、aI1) 1) 聯(lián)結(jié)形式聯(lián)結(jié)形式+ZBZCZAAUBUCU+AIBICIN N 電源中性點電源中性點N N

12、 負(fù)載中性點負(fù)載中性點lpII星形接法特點星形接法特點相電流相電流=線電流線電流aI三相四線制三相四線制電路電路相電壓相電壓: :每相負(fù)載兩端的電壓用每相負(fù)載兩端的電壓用UP 表示。表示。線電壓線電壓: :各端線之間的電壓用各端線之間的電壓用UL表示表示. .相電流相電流: :每相負(fù)載流過的電流用每相負(fù)載流過的電流用IP 表示表示. .線電流線電流: :電源端線流過的電流用電源端線流過的電流用IL表示表示. . 三相四線制（有中性線）三相四線制（有中性線） 三相四線制電路，三相四線制電路，電源的相、線電電源的相、線電壓就是負(fù)載上的相、線電壓。電源對稱，壓就是負(fù)載上的相、線電壓。電源對稱，則：線

13、電壓超前相電壓則：線電壓超前相電壓30,且且 PLU3U Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT(2) (2) 負(fù)載負(fù)載Y Y形聯(lián)結(jié)三相電路的計算形聯(lián)結(jié)三相電路的計算AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+CBANIIII CCCBBBAAA ZUIZUIZUI Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 結(jié)論結(jié)論: （1）若負(fù)載對稱）若負(fù)載對稱 則三相電流也對稱。則三相電流也對稱。0CBAN IIII中中線線電電流流* *只需計算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對稱只需計算一相電流

14、，其它兩相電流可根據(jù)對稱性直接寫出。性直接寫出。* *零線可以取消零線可以取消-三相三線制三相三線制)(CBAZZZZ Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT（2）負(fù)載不對稱時，）負(fù)載不對稱時，各相需單獨計算各相需單獨計算。1201200CCBBAA UUUUUU 設(shè)電源相電壓設(shè)電源相電壓 為參考正弦量，則為參考正弦量，則AU每相負(fù)載電流可分別求出。每相負(fù)載電流可分別求出。-必須有中線必須有中線(三相四線制三相四線制) 中線電流中線電流 0 IN = I1 + I2 + I3 Fundamental Theory of Electrica

15、l EngineeringLUT例例1 1：N+BICIAINIAUBUCUN RARBRCACB若若RA=RB= RC = 5 ，求線電流及中性線電，求線電流及中性線電若若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求線電流及求線電流及 一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對稱。設(shè)電一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對稱。設(shè)電源線電壓源線電壓 。 負(fù)載為負(fù)載為V)30314sin(2380AB tu電燈組，電燈組，流流 ;中性線電流中性線電流 。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT中性線電流中性線電流0CBAN IIII解：解： 已知：已知：

16、V30380AB UV0220A U A044A50220AAA RUI(1) 線電流線電流 三相對稱三相對稱A12044B IA12044C I Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT(2) 三相負(fù)載不對稱三相負(fù)載不對稱（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分別計算分別計算各線電流各線電流中性線電流中性線電流A12011A20120220CCC RUIA12022A10120220BBB RUIA1929 A12011A12022A044CBAN IIIIA044A50220AAA RUI例例2 2 . .有一對稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)

17、的電路有一對稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的電路. . 三相電源對稱三相電源對稱. .每相負(fù)載中每相負(fù)載中,L=25.5mH, , R=6. .uAB = 3802sin(314t+30)(V)(V) 求各相電流求各相電流 iA ,iB ,iC 。ZA=ZB=ZC= R+jXL = R + jL =6+ j31425.5103 = 6+j8 =1053.1 解解: :V30380UAB V0220UA 2.IA= UAZA=22001053.1= 22 53.1A. 根據(jù)對稱關(guān)系有根據(jù)對稱關(guān)系有: :iA=222sin(314t53.1) A iB=22 2sin(314t173.1) AiC=222 s

18、in(314t+66.9) A Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT解解: B、C相燈仍承受相燈仍承受220V電壓電壓, 正常工作。正常工作。 C Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTA7 .120210380CBBC RRUIV127107 .12BB IR UV254207 .12CC IR UIBC+ C Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT Fundamental Theory of Electrical Engi

19、neeringLUT plUU特點特點：線電壓線電壓= =相電壓相電壓AiABiCAiBCiCAuABuBCuACBBiCi返回返回3.2.2 3.2.2 三角形接法及計算三角形接法及計算1) 1) 聯(lián)結(jié)形式聯(lián)結(jié)形式 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUTAiCACACABCBCBCABABABZUIZUIZUI相電流相電流BCCACABBCBCAABAIIIIIIIII線電流線電流返回返回ABiCAiBCiCAuABuBCuACBBiCi2) 2) 各電流的計算各電流的計算 Fundamental Theory of Electrica

20、l EngineeringLUT*負(fù)載對稱時，負(fù)載對稱時，*負(fù)載不對稱時，先算出各相電流，然后計算線電流。負(fù)載不對稱時，先算出各相電流，然后計算線電流。返回返回IBCIABIUBCUABUCAAICAI IBIC由相量圖可求得由相量圖可求得ZUIIIIP PCABCABRXarctanCABCAB PP330cos2IIIl Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 若若負(fù)載對稱，負(fù)載對稱， 相電流和線電流對稱。相電流和線電流對稱。 若負(fù)載不對稱若負(fù)載不對稱, ,由于電源電壓對稱由于電源電壓對稱, ,故負(fù)載的相故負(fù)載的相電壓對稱電壓對稱,

21、,但相電流和線電流不對稱。但相電流和線電流不對稱。 結(jié)論：結(jié)論：Il 滯后于與之對應(yīng)的滯后于與之對應(yīng)的 Ip 30o。 Il = 3 IpI1 I2 IL2 -I3I3 IL3 相量圖相量圖:IL1 上一節(jié)上一節(jié)返返 回回下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一頁上一頁 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 三相負(fù)載采取那種聯(lián)結(jié)方式取決于電源電壓和負(fù)載的額定三相負(fù)載采取那種聯(lián)結(jié)方式取決于電源電壓和負(fù)載的額定電壓，原則上應(yīng)使負(fù)載的實際工作相電壓等于額定相電壓。電壓，原則上應(yīng)使負(fù)載的實際工作相電壓等于額定相電壓。如如:某三相異步電動機(jī)某三相異步電動機(jī),

22、三相繞組的額定電壓是三相繞組的額定電壓是 220 V,若電源電壓分別為若電源電壓分別為 380 V 和和 220 V,應(yīng)采取那種聯(lián)結(jié)方式應(yīng)采取那種聯(lián)結(jié)方式? 答答:電源電源 380 V: Y 形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié) 電源電源 220 V: 形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié) 說明：說明： 若為單相多臺負(fù)載，應(yīng)盡量均勻地分布在三相上。若為單相多臺負(fù)載，應(yīng)盡量均勻地分布在三相上。上一節(jié)上一節(jié)下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一頁上一頁 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT 例例4 有一電源為星形聯(lián)結(jié)，而負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)的有一電源為星形聯(lián)結(jié)，而負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路，已知電

23、源相電壓對稱三相電路，已知電源相電壓UP= 220 V，負(fù)載每相阻，負(fù)載每相阻抗抗| Z | = 10 。試求負(fù)載的相電流和線電流以及電源的。試求負(fù)載的相電流和線電流以及電源的線電流和相電流的有效值。線電流和相電流的有效值。 解解 由于電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源線電壓由于電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源線電壓UL = 3UP= 1.73220V = 380V忽略供電線路的阻抗，則負(fù)載線電壓為忽略供電線路的阻抗，則負(fù)載線電壓為380V負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)，則負(fù)載相電壓也為負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)，則負(fù)載相電壓也為380V負(fù)載相電流負(fù)載相電流IP = UP| Z |=38010A = 38 A負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)，故負(fù)載線電流負(fù)載

24、為三角形聯(lián)結(jié)，故負(fù)載線電流IL = 3IP = 1.7338 A = 66 A電源只向一組三相負(fù)載供電，故電源線電流也為電源只向一組三相負(fù)載供電，故電源線電流也為66 A電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源相電流和線電流相等。電源為星形聯(lián)結(jié)，故電源相電流和線電流相等。 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT三相總有功功率三相總有功功率 P = PA + PB+ PC三相總視在功率三相總視在功率 S = P 2 + Q 2一、三相功率的計算一、三相功率的計算三相總無功功率三相總無功功率 Q = QA + QB + QC3.3 三相電路的功率三相電路的功率

25、負(fù)載對稱時負(fù)載對稱時：cosppIUP3 由負(fù)載由負(fù)載性質(zhì)決定性質(zhì)決定 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT plplIIUU3星形接法時星形接法時： plplIIUU3三角形接法時三角形接法時：cosllIUP3返回返回 P = 3 Up Ipcos Q = 3 Up IpsinS = 3 Up Ip 三相對稱負(fù)載功率表達(dá)式三相對稱負(fù)載功率表達(dá)式相電壓、相電流：相電壓、相電流： 線電壓、線電流：線電壓、線電流：Q =3 Ul Il sinS =3 Ul IlP = 3 Ul Il cos Fundamental Theory of E

26、lectrical EngineeringLUT* 三相電路的功率三相電路的功率下一節(jié)下一節(jié)有功功率有功功率無功功率無功功率視在功率視在功率說說明明任意任意負(fù)載負(fù)載P = P1+ P2+ P3Q = Q1+ Q2+ Q3S = S1+S2+S3對稱對稱負(fù)載負(fù)載P = 3P1 = 3Up Ip cos =3 Ul Il cos Q = 3Q1 = 3Up Ip sin =3Ul Il cos S = 3S1 = 3Up Ip =3 Ul Il相相值值線線值值 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT例例:C ZYR 線電壓線電壓Ul為為380 V的三相電源上，接有兩組對稱的三相電源上，接有兩組對稱三相負(fù)載：一組是三角形聯(lián)結(jié)的電感性負(fù)載，每相三相負(fù)載：一組是三角形聯(lián)結(jié)的電感性負(fù)載，每相阻抗阻抗 ; 另一組是星形聯(lián)結(jié)的電阻性另一組是星形聯(lián)結(jié)的電阻性負(fù)載，每相電阻負(fù)載，每相電阻R =10 , 如圖所示。試求：如圖所示。試求：(1)各組負(fù)載的相電流；各組負(fù)載的相電流；(2) 電路線電流；電路線電流；(3) 三相有功功率。三相有功功率。 373 .36Z設(shè)設(shè)解：解：V0380AB UV30220A U則則 Fundamental Theory of Electrical EngineeringLUT一相電壓與電