物理三相電路學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1物理三相物理三相(sn xin)電路電路第一頁，共51頁。一、對(duì)稱三相(sn xin)電源的產(chǎn)生通常由三相同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，三相繞組（電感線圈）在空間(kngjin)互差120，當(dāng)轉(zhuǎn)子（磁極）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而形成對(duì)稱三相電源。NSIwAZBXCY三相(sn xin)同步發(fā)電機(jī)示意圖對(duì)稱三相電源是由3個(gè)同頻率、等幅值、初相依次滯后120 的正弦電壓源連接成星形或三角形構(gòu)成的電源。三個(gè)電源依次稱為： A相、B相、C相 （U相、V相、W相）第2頁/共51頁第二頁，共51頁。1、三相電壓瞬時(shí)值表達(dá)式)120cos(2)()120cos(2)()cos(2)(oCoBA w

2、w w w w wtUtutUtutUtuA+XuAB+YuBC+ZuC2、波形圖uAuBw tOuuC0 A、B、C三端稱為(chn wi)始端，X、Y、Z三端稱為(chn wi)末端。第3頁/共51頁第三頁，共51頁。3、相量表示(biosh)0( 1201200ooo UUUUUUCBAA UCUBU1201201204、 對(duì)稱(duchn)三相電源的特點(diǎn)00 CBA CBAUUUuuuBAUU 1201 單位(dnwi)相量算子ACABAUUUUUUUU o2oo1201200第4頁/共51頁第四頁，共51頁。正序(順序(shnx)：ABCA負(fù)序(逆序)：ACBAABC相序的實(shí)際意義：

3、對(duì)三相電動(dòng)機(jī)，如果(rgu)相序反了，就會(huì)反轉(zhuǎn)。若不加說明(shumng)，一般都認(rèn)為是正相序。DABC123DACB123正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)5、對(duì)稱三相電源的相序：三相電源中各相電源電壓到達(dá)最大值或零值的先后順序ABC第5頁/共51頁第五頁，共51頁。二、對(duì)稱三相電源的連接(linji)方式把三個(gè)繞組(roz)的末端 X、Y、Z 接在一起，把始端 A、B、C 引出來。+ANX+BY+CZA UB UC U1、 星形連接(linji)（Y形連接(linji)）：A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IX、Y、Z 接在一起的點(diǎn)稱為Y形連接對(duì)稱三相電源的中性點(diǎn)，用

4、“N”表示。N第6頁/共51頁第六頁，共51頁。2、三角形連接( 形連接)：三個(gè)繞組(roz)始端、末端順次相接。+AXBYCZA UB UC U+A+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U三角形連接的對(duì)稱三相(sn xin)電源沒有中性點(diǎn)。注意：三角形連接時(shí)，各相電源(dinyun)的極性不允許接反。第7頁/共51頁第七頁，共51頁。A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IA+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U名詞(mng c)介紹：(1) 端線(dun xin)（

5、相線、火線）：始端A, B, C 三端引出線。(2) 中性線（零線、地線）：中性點(diǎn)N引出(yn ch)線， 接法無中性線。(3) 三相三線制與三相四線制(5) 相電壓：每相繞組的端電壓。(4) 線電壓：端線與端線之間的電壓。CABCABUUU ，CBAUUU ，第8頁/共51頁第八頁，共51頁。三、對(duì)稱三相(sn xin)負(fù)載及其連接對(duì)稱三相負(fù)載(fzi)(均衡三相負(fù)載(fzi)：對(duì)稱三相負(fù)載(fzi)的連接：星形連接和三角形連接ABCNA IB IC IN IZZZABCA IB IC IZZZab Ibc Ica I星形連接三角形連接三個(gè)相同負(fù)載（負(fù)載阻抗模相等，阻抗角相同）以一定方式連接

6、起來。第9頁/共51頁第九頁，共51頁。abcnA IB IC IN IZZZabcA IB IC IZZZab Ibc Ica I（1）負(fù)載(fzi)的相電壓：每相負(fù)載(fzi)上的端電壓。cnbnanUUU ，（2）負(fù)載(fzi)的線電壓：負(fù)載(fzi)端線間的電壓。（3）線電流(dinli)：流過端線的電流(dinli)。（4）相電流：流過每相負(fù)載支路的電流。abIanUcabcabUUU ，CBAIII ，cabcabIII ，名詞介紹：（5）中性線電流：流過中性線的電流。NI第10頁/共51頁第十頁，共51頁。四、 對(duì)稱(duchn)三相電路由對(duì)稱(duchn)三相電源和對(duì)稱(duc

7、hn)三相負(fù)載連接而成。按電源和負(fù)載(fzi)的不同連接方式可分為：YY，Y0 Y0，Y ， Y， 三相(sn xin)三線制（未引出中性線）三相四線制（引出中性線）實(shí)際三相電路中：三相電源是對(duì)稱的，三條端線阻抗是相等的，但負(fù)載不一定是對(duì)稱的。第11頁/共51頁第十一頁，共51頁。一、線電壓與相電壓的關(guān)系(gun x) 12-2 線電壓（電流(dinli)）與相電壓（電流(dinli)）的關(guān)系A(chǔ)+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IoCCNoBBNoANA120 120 0 UUUUUUUUU設(shè)設(shè)ooo3031200 UUUUUUBNANABooo9

8、03120120 UUUUUUCNBNBCooo15030120 UUUUUUANCNCA相電壓：線電壓： 1、三相電源(dinyun)Y形連接相電壓線電壓第12頁/共51頁第十二頁，共51頁。利用相量圖得到(d do)相電壓和線電壓之間的關(guān)系：線電壓對(duì)稱（大小(dxio)相等，相位互差120o）一般(ybn)表示為：BA U30oNA UBN UCN U30o30oBC UCA UNA UBN UCN UBA UBC UCA U303303303CNCABNBCANABUUUUUUBNU 第13頁/共51頁第十三頁，共51頁。結(jié)論：對(duì)Y形接法的對(duì)稱三相(sn xin)電源 所謂(suwi)的

9、“對(duì)應(yīng)”：對(duì)應(yīng)相電壓用線電壓的 第一個(gè)下標(biāo)字母標(biāo)出。(1) 相電壓對(duì)稱(duchn)，則線電壓也對(duì)稱(duchn)。(3) 線電壓相位超前于對(duì)應(yīng)相電壓30o。 。即即倍倍，的的線線電電壓壓大大小小等等于于相相電電壓壓plUU3 3 )2( CNCABNC BANB A UUUUUU第14頁/共51頁第十四頁，共51頁。2、 三相(sn xin)電源形連接ooo120 120 0 UUUUUUCBA設(shè)設(shè)ooo1201200 UUUUUUUUUCCABBCAABA+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U線電壓等于(dngy)對(duì)應(yīng)的相電壓相電壓：線電壓：相電壓

10、線電壓第15頁/共51頁第十五頁，共51頁。二、線電流與相電流的關(guān)系（需同步考慮負(fù)載端的(dund)連接方式）1、Y-Y（Y0-Y0）連接(linji)：結(jié)論(jiln)：線電流等于相電流+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabcanI線電流相電流第16頁/共51頁第十六頁，共51頁。2、 Y連接(linji)+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc Ica IoCAcaoBCbcoABabUUUUUUUUU1503903303 負(fù)載上相電壓(diny)與電源線電壓(diny)相等ZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo

11、設(shè)設(shè)線電流(dinli)相電流第17頁/共51頁第十七頁，共51頁。+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc IcaI|Z|UZUI|Z|UZUI|Z|UZUIocacaobcbcoabab 1503903303相電流：線電流(dinli)：ocabccaCobcabbcBoabcaabAIIIIIIIIIIII303303303 30o30oA Uab Iab U30oA I30obc Ica IB IC IcaI 線電流與相電流也是對(duì)稱的。線電流大小是相電流的 倍，相位滯后于相應(yīng)相電流30。3第18頁/共51頁第十八頁，共51頁。對(duì)稱三相電路(dinl

12、)的計(jì)算方法是一相計(jì)算法。 12-3 對(duì)稱三相(sn xin)電路的計(jì)算對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)是：（1）各相的相電流、相電壓是對(duì)稱的，因此只要算出其中某一相的相電流和相電壓后，其它兩相的相電流和相電壓可以直接寫出；（2）在Y-Y形連接的對(duì)稱三相電路中，任一相的相電流只和此相的相電壓和阻抗有關(guān)(yugun)，與其它兩相無關(guān)，即各項(xiàng)的相電流和相電壓的計(jì)算具有獨(dú)立性。第19頁/共51頁第十九頁，共51頁。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabcZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo設(shè)設(shè)YY連接對(duì)稱三相(sn xin)電路中相電壓、相電流計(jì)算獨(dú)立性證明：忽略線路(x

13、inl)阻抗Zl第20頁/共51頁第二十頁，共51頁。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabc以N點(diǎn)為參考點(diǎn)，對(duì)n點(diǎn)列寫結(jié)點(diǎn)(ji din)方程：CBAnN111)111( UZUZUZUZZZ)(13CBAnN UUUZUZ負(fù)載(fzi)側(cè)相電壓：oCnNCNcnoBnNBNbnAnNANan1201200 UUUUUUUUUUUUUUUnNUanU0 0 nN U第21頁/共51頁第二十一頁，共51頁。計(jì)算(j sun)電流：ZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUIcnbnan oCCoBBAA120|120|+_+_+NnZZZA UB UC UA IB I

14、C IABCabcnNUanU結(jié)論：YY連接對(duì)稱三相電路中相電壓、相電流計(jì)算(j sun)具有獨(dú)立性。第22頁/共51頁第二十二頁，共51頁。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabc一相計(jì)算(j sun)電路：+ANUA IANnaZZUZUZUI|ANanA由一相計(jì)算(j sun)電路可得：由對(duì)稱性可寫出：ZUIZUI oCoB120| ,120|anUanU一相計(jì)算(j sun)法應(yīng)用：1、Y0Y0連接忽略線路阻抗Zl303anabUU第23頁/共51頁第二十三頁，共51頁。+NA UA IANnaZZl+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IA

15、BCabcZlZlZl考慮線路(xinl)阻抗ZllZZUIANA第24頁/共51頁第二十四頁，共51頁。2、Y連接(linji)+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc Ica IoCAcaoBCbcoABabUUUUUUUUU1503903303 負(fù)載(fzi)上相電壓與電源線電壓相等ZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo設(shè)設(shè)abUABU忽略(hl)線路阻抗Zl：第25頁/共51頁第二十五頁，共51頁。方法(fngf)一：+AB Uab IABbaZ ZUIIZUZUZUIUUUabAABababABab330330|3303oA I+_+

16、_+NZZZA UB UC UB IC IABCabcab Ibc Ica IabUABU忽略線路(xinl)阻抗Zl第26頁/共51頁第二十六頁，共51頁。+A UA IANnaZ/3A I+_+_+NZZZA UB UC UB IC IABCabcab Ibc Ica InZ/3方法(fngf)二：|Z|UZUZ/UIAanA 333|Z|UIIooAab 3033031ZIUabab注意:若不忽略線路阻抗Zl只能(zh nn)用此方法!ZlZlZlZl第27頁/共51頁第二十七頁，共51頁。3、 電源為接法時(shí)的對(duì)稱三相電路(dinl)的計(jì)算(Y， )+ABCBC UAC UBA UBA

17、UBC UA IB IC ICA U+ABCNA UBN UNC UBA UBC UCA UA IB IC IN將形連接(linji)電源用Y形連接(linji)電源替代，保證其線電壓相等，再根據(jù)上述YY， Y 接方法計(jì)算。第28頁/共51頁第二十八頁，共51頁。例：b+_ACBZZlBA UBC UAC UZlZlZZacA I+NA UA IANnaZ/3Zl3031 ABANUU線路(xinl)阻抗nZ/3N第29頁/共51頁第二十九頁，共51頁。(1) 將所有三相電源(dinyun)、負(fù)載都化為等值YY接電路； (2) 連接各負(fù)載(fzi)和電源中點(diǎn)，中性線上若有阻抗可不計(jì)；(3) 畫

18、出一相計(jì)算電路，求出一相負(fù)載(fzi)的電壓、電流：(4) 根據(jù)接法、Y接法時(shí)線值（Ul、Il）、相值（Up、Ip）之間的關(guān)系，求出原電路的電流電壓。(5) 由對(duì)稱性，得出其它兩相的電壓、電流?？偨Y(jié): 對(duì)稱三相電路的一相計(jì)算方法：一相負(fù)載的電壓為Y形連接時(shí)負(fù)載的相電壓。一相負(fù)載的電流為負(fù)載的線電流。第30頁/共51頁第三十頁，共51頁。例1. ABCZZZZlZlZl已知對(duì)稱(duchn)三相電源線電壓為380V，Z=6.4+j4.8， Zl =3+j4。求：負(fù)載(fzi)Z的相電壓、線電壓和相（線）電流。解：NA U+A+BN+CBN UCN UZlZlZlZZZ+NA UA IANnaZZ

19、l第31頁/共51頁第三十一頁，共51頁。+NA UA IANnaZZlV03220V 0380oANoAB UU則則設(shè)設(shè) A3.171 .1743.188.12 03220j8.89.4 03220ooooANA lZZUIV 2 .368 .1369 .3683.171 .17oooAan ZIUV 2 . 69 .236V 2 . 68 .1363303oooanab UUZ=6.4+j4.8， Zl =3+j4第32頁/共51頁第三十二頁，共51頁。例2. ABCA IZZZABCYA IZZZ一對(duì)稱三相負(fù)載分別接成Y接和接。求兩種接法下的線電流的大小關(guān)系。設(shè)電源相電壓 已知，且忽略(

20、hl)線路阻抗。解： ZUIANAY ZUZUIANANA33/ YII3 ABC AIZ/3Z/3Z/3ANUANUANU第33頁/共51頁第三十三頁，共51頁。電源不對(duì)稱程度(chngd)小(由系統(tǒng)保證)。電路參數(shù)(cnsh)(負(fù)載)不對(duì)稱情況很多。討論對(duì)象：電源對(duì)稱，負(fù)載(fzi)不對(duì)稱(低壓電力網(wǎng)) 。分析方法：不對(duì)稱復(fù)雜交流電路分析方法不能用一相計(jì)算方法主要了解：中性點(diǎn)位移現(xiàn)象，由負(fù)載不對(duì)稱導(dǎo)致的電路特性的改變。 12-4 不對(duì)稱三相電路的概念 第34頁/共51頁第三十四頁，共51頁。負(fù)載(fzi)各相電壓：+_+_+NNZNZaZbZcANUCN UBN U三相負(fù)載(fzi)Za、

21、Zb、 Zc不相同。不對(duì)稱負(fù)載(fzi)cCNbBNaANNNNcbaZUZUZUUZZZZ )1111(NNCNNCNNBNNBNNANNAUUUUUUUUU 0 NNU/ANUNNU/中性線阻抗(zkng)第35頁/共51頁第三十五頁，共51頁。負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)不重合，這個(gè)現(xiàn)象(xinxing)稱為中性點(diǎn)位移。在電源對(duì)稱情況下，可以根據(jù)中性點(diǎn)位移的情況來判斷(pndun)負(fù)載端不對(duì)稱的程度。當(dāng)中性點(diǎn)位移較大時(shí)，會(huì)造成負(fù)載相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱，可能使負(fù)載的工作狀態(tài)不正常。相量圖：NA UBN UCN UNNN UNNA UBN UNC U中性點(diǎn)位移(wiy)第36頁/共51頁第三十六頁，共51

22、頁。N+BICIAINIAUBUCUNRARBRCACB第37頁/共51頁第三十七頁，共51頁。解: 1） A相短路(dunl)（1） 中性線未斷 C 分析結(jié)論:此時(shí)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，其相電壓仍為220V, 正常(zhngchng)工作。 第38頁/共51頁第三十八頁，共51頁。 此情況下，B相和C相的電燈組均承受380V電壓(diny)，遠(yuǎn)超其額定電壓(diny)220V ，這是不允許的。 （2） A相短路(dunl), 中性線斷開時(shí), 此時(shí)(c sh)負(fù)載中性點(diǎn)N即為A, 因此負(fù)載各相電壓為V380V3800ACBABACUUUUU C+AU BU

23、 CU 第39頁/共51頁第三十九頁，共51頁。 2） A相斷路(dun l) （2） 中性線斷開(dun ki) B、C相燈仍承受(chngshu)220V相電壓, 正常工作。（1） 中性線未斷變?yōu)閱我换芈?，如圖(b)所示, 由圖可求得A7 .120210380CBBC RRUIV127107 .12BB IR UV254207 .12CC IR UIBC+ RARCRBRBRC阻抗值越大，分壓越大。第40頁/共51頁第四十頁，共51頁。 （1）不對(duì)稱負(fù)載(fzi)Y連接又未接中性線時(shí)，負(fù)載(fzi)相電壓不再對(duì)稱，且負(fù)載(fzi)電阻越大，負(fù)載(fzi)承受的電壓越高。 （2） 中性線的作

24、用：保證星形連接三相不對(duì)稱負(fù)載(fzi)的相電壓對(duì)稱。 （3）照明負(fù)載(fzi)三相不對(duì)稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線內(nèi)不允許接熔斷器或閘刀開關(guān)。 （4）照明中性線不裝保險(xiǎn)，并且(bngqi)中性線較粗。一是減少損耗，二是加強(qiáng)強(qiáng)度(中性線一旦斷了，負(fù)載就不能正常工作)。（5）要消除或減少中性點(diǎn)位移，盡量減少中性線阻抗，然而從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，中性線不可能做得很粗，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整負(fù)載，使其接近對(duì)稱情況。第41頁/共51頁第四十一頁，共51頁。負(fù)載(fzi)的額定電壓 = 電源的線電壓應(yīng)作 連接負(fù)載的額定電壓 = 電源線電壓31應(yīng)作 Y 連接 應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓(diny)等于其額定電壓

25、(diny)，而與電源的連接方式無關(guān)。 三相電動(dòng)機(jī)繞組可以連接成星形，也可以連接成三角形，而照明負(fù)載一般都連接成星形（具有中性線）。第42頁/共51頁第四十二頁，共51頁。1. 對(duì)稱三相電路(dinl)的平均功率P（有功功率） 12-5 三相電路(dinl)的功率 Pp=UpIpcos 三相(sn xin)總功率 P=3Pp=3UpIpcos plplIIUU ,3 :Y接接plplIIUU3 , : 接接對(duì)稱三相負(fù)載Z一相負(fù)載的功率第43頁/共51頁第四十三頁，共51頁。注意(zh y)：(1) 為相電壓與相電流的相位差角(阻抗角)，不要(byo)誤以為是線電壓與線電流的相位差。(2) co

26、s為每相的功率因數(shù)(n l yn sh)，在對(duì)稱三相制中即三相功率因數(shù)(n l yn sh)： cos A= cos B = cos C = cos 。2. 無功功率Q=QA+QB+QC= 3QpIUIUQllppsin3sin3 第44頁/共51頁第四十四頁，共51頁。3. 視在功率(sh zi n l)一般來講，P、Q、S 都是指三相(sn xin)總和。4.對(duì)稱三相(sn xin)負(fù)載的 瞬時(shí)功率功率因數(shù)也可定義為： cos =P/S (不對(duì)稱時(shí) 無意義)cos(2 cos2 AAtIitUu w ww w設(shè)設(shè))2(cos cos )(os cos2 AAAtUItctUIiup w ww ww w則則第45頁/共51頁第四十五頁，共51頁。單相(dn xin)：瞬時(shí)功率脈動(dòng)三相(sn xin)：瞬時(shí)功率平衡 )2402(cos cos)2402(coscos)2(cos cosoCCCoBBBA