第5章三相交流電路

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求：學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求： (1) (1) 了解三相交流電的產(chǎn)生，理解對(duì)稱三相電源的特點(diǎn)；了解三相交流電的產(chǎn)生，理解對(duì)稱三相電源的特點(diǎn)； (2) (2) 掌握三相電源、三相負(fù)載的星形和三角形聯(lián)結(jié)方法及相電壓、掌握三相電源、三相負(fù)載的星形和三角形聯(lián)結(jié)方法及相電壓、 相電流、線電壓、線電流的關(guān)系，了解中性線的作用；相電流、線電壓、線電流的關(guān)系，了解中性線的作用； (3) (3) 熟悉三相對(duì)稱電路的計(jì)算特點(diǎn)；熟悉三相對(duì)稱電路的計(jì)算特點(diǎn)； (4) (4) 熟悉幾種典型三相不對(duì)稱電路的計(jì)算；熟悉幾種典型三相不對(duì)稱電路的計(jì)算； (5) (5) 掌握對(duì)稱三相電路功率的計(jì)算方法。掌握對(duì)稱三相電路功率的計(jì)

2、算方法。51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載5 51 11 1 三相交流電的產(chǎn)生三相交流電的產(chǎn)生案例案例5 51 1 電能可以由水能（水力發(fā)電）、熱能（火力發(fā)電）、核能（核能發(fā)電）、化學(xué)能（電池）、太陽(yáng)能（太陽(yáng)能電站）等轉(zhuǎn)換而得。而各種電站、發(fā)電廠，其能量的轉(zhuǎn)換由三相發(fā)電機(jī)來(lái)完成。如：三峽電站，三相水輪發(fā)電機(jī)將水能轉(zhuǎn)換為電能；火電站，三相氣輪發(fā)電機(jī)將燃燒煤炭產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能。三相交流電是如何產(chǎn)生？有何特點(diǎn)？51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載演示51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 磁極放

3、在轉(zhuǎn)子上，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)磁極放在轉(zhuǎn)子上，當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三相定子繞組即切割轉(zhuǎn)子磁作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三相定子繞組即切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而感應(yīng)出各相差場(chǎng)而感應(yīng)出各相差120120電角度的三相交流電角度的三相交流電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)。)240sin()120sin(sinmmVmUtEetEetEeW51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 三相交流電動(dòng)勢(shì)在任一瞬間其三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零。即0WVUeee0WVUEEE三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)的相量和也等于零，即我們把它們稱做三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)，規(guī)定每相電動(dòng)勢(shì)的正方向是從線圈的末端指向首端(或由低電位指向高電位)。EWEUEV1201200 012012

4、00 01201200 051 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載5 51 12 2三相電源與負(fù)載的連接三相電源與負(fù)載的連接 51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載單相負(fù)載示例單相負(fù)載示例電爐電視機(jī)白熾燈三相負(fù)載示例三相負(fù)載示例51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點(diǎn)中性線相線51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點(diǎn)中性線相線51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UEUUVUWUU

5、WUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點(diǎn)中性線相線51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點(diǎn)中性線相線51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVUUEWUUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載UWWUWVVWVUUVUUUUUUUUU則：

6、UUUV330cos2UUUVVW3UUWWU3UU結(jié)論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的結(jié)論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的 倍倍，3PL3UUUVUVUUUVWUWUVUUUWUWUU 平常我們講的電源電壓為220V，即是指相電壓；講電源電壓為380V，即是指線電壓。由此可見(jiàn)：三相四線制的供電方式可以給負(fù)載提供兩種電壓，即線電壓380V和相電壓220V，因而在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。 UUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)電源三角

7、形聯(lián)結(jié)的相量圖電源三角形聯(lián)結(jié)的相量圖51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載PLUUWUWVWVUVUUUUUUU0WUVWUVUUU0WUVWUVEEE 因此當(dāng)電源的三相繞組采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)在繞組內(nèi)部是不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路電流（環(huán)流）的。 51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載如果：如果：不慎將某一相繞組接反不慎將某一相繞組接反，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載如果：如果：不慎將某一相繞組接反不慎將某一相繞組接反，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？UUVUVWUWUUVWUUV+UWUUVWUUV=2+UWU51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 5

8、1 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 線電壓線電壓U UL L：三相負(fù)載的線電壓就是電源的線電壓，也就是兩根相線之間 的電壓； 相電壓相電壓U UP P：每相負(fù)載兩端的電壓稱作負(fù)載的相電壓，在忽略輸電線上的電壓降時(shí)，負(fù)載的相電壓就等于電源的相電壓，因此 ；PL3UU 線電流線電流IL： 流過(guò)每根相線上的電流叫線電流； 相電流相電流IP： 流過(guò)每相負(fù)載的電流叫相電流； 中線電流中線電流IN：流過(guò)中線的電流叫中線電流。 三相電路各相電流與電壓間的相位關(guān)系及數(shù)量關(guān)系都可用討論單相電路的方法來(lái)討論。51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 若三相負(fù)載對(duì)稱， 則在三相對(duì)稱電壓的作用下，流過(guò)三相對(duì)稱

9、負(fù)載中每相負(fù)載的電流應(yīng)相等，即PPWVULZUIIII而每相電流間的相位差仍為120，中線電流為零。51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載中線電流對(duì)應(yīng)的相量式為0WVUNIIII51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 三相四線制除供電給三相負(fù)載外，三相四線制除供電給三相負(fù)載外，還可供電給單相負(fù)載，一般低壓用電場(chǎng)還可供電給單相負(fù)載，一般低壓用電場(chǎng)所，大多采用三相四線制。所，大多采用三相四線制。三相三線制三相三線制三相四線制三相四線制51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載（3）三相四線制的特點(diǎn)是：相電流IP等于線電流IL，即LPII加在負(fù)載上的相電壓UP和線電壓UL之間關(guān)系PL3UUW

10、VUNIIII流過(guò)中性線N的電流 為NI 若三相負(fù)載不對(duì)稱，則中性線電流不為零，中性線不若三相負(fù)載不對(duì)稱，則中性線電流不為零，中性線不能省略，并且在中性線上不能安裝開(kāi)關(guān)、熔斷器，而且中能省略，并且在中性線上不能安裝開(kāi)關(guān)、熔斷器，而且中性線本身強(qiáng)度要好，接頭處應(yīng)連接牢固。為什么？性線本身強(qiáng)度要好，接頭處應(yīng)連接牢固。為什么？ 4三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載（1 1）接線特點(diǎn)）接線特點(diǎn) 將三相負(fù)載分別接在三相電源的每?jī)筛嗑€之間。（2 2）電壓、電流關(guān)系）電壓、電流關(guān)系負(fù)載的相電壓就是線電壓。51 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載 三相電源及負(fù)載均對(duì)稱，則三相電

11、流大小均相等，為:PPWUVWUVPZUIIII 三個(gè)相電流在相位上互差120度，線電流分別為：VWWUWUVVWVWUUVUIIIIIIIII 當(dāng)三相對(duì)稱負(fù)載采用三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流的 倍。即: PL3II351 三相電源與三相負(fù)載三相電源與三相負(fù)載三相對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的電流、電壓關(guān)系為： 1 1）線電壓）線電壓UL與相電壓與相電壓UP相等，即相等，即PLUU2 2）線電流）線電流IL是相電流是相電流IP的的 倍，即倍，即3PL3II 在三相三線制電路中，不論負(fù)載的接法如何，以及負(fù)載是在三相三線制電路中，不論負(fù)載的接法如何，以及負(fù)載是否對(duì)稱，三相電路中的三個(gè)線電流的瞬時(shí)值之和或三

12、個(gè)線電流否對(duì)稱，三相電路中的三個(gè)線電流的瞬時(shí)值之和或三個(gè)線電流的相量和總是等于零，即的相量和總是等于零，即0WVUiii0WVUIII1 1Y0/ /Y0三相系統(tǒng)三相系統(tǒng) 三相四線制的三相電路，圖中為輸電線的復(fù)阻抗，為中性線復(fù)阻抗，為三相對(duì)稱負(fù)載。Y0/Y0Y0/Y0三相系統(tǒng)的三相系統(tǒng)的 80R 60X 4NR 3NXVsin2220UtuU相電流（Y接：相電流等于線電流）的有效值A(chǔ)2 . 2A60802202222UUXRUI解：解： 滯后于 的相位角等于負(fù)載的阻抗角，即UiUu87.368060arctanarctanURX所以，U相電流（即線電流）為)A87.36sin(22 . 2Ut

13、i)A87.156sin(22.2A)12087.36sin(22 . 2Vtti)A13.83sin(22.2A)12087.156sin(22 . 2Wtti根據(jù)對(duì)稱性，可以寫(xiě)出另外兩相電流2 2Y/ /三相系統(tǒng)三相系統(tǒng) 根據(jù)對(duì)稱星形聯(lián)結(jié)的三相電路的線電壓與相電壓的關(guān)系，可求得電源線電壓的有效值： PWUVWUV3UUUU 由于負(fù)載線電壓（即負(fù)載相電壓）等于電源線電壓，可得，負(fù)載相電流的有效值22P22UVWUVWUV3XRUXRUIII線電流的有效值22PUVWVU33XRUIIIIRXarctanWUVWUV負(fù)載的阻抗角線電流和相電流的解析式)sin(2)sin(2)sin(2wuWW

14、vwVVUVUUtIitIitIiV)30sin(2220Utu64.34R 20X電源相電壓的有效值V220PU負(fù)載相電流的有效值 A5 . 9A2064.3438032222PPXRUI線電流的有效值16.45AA5 . 933PL II負(fù)載的相電壓與相電流之間的相位差3064.3420arctanarctanRX380VV22033PLUU電源線電壓（即負(fù)載的相電壓）有效值 解：解：VUUVuVUUViUVuUVuUuVUA)30sin(29.5A)303030sin(25 . 9UVtti根據(jù)對(duì)稱性，其他兩相負(fù)載電流分別為A)90sin(29.5A)12030sin(25 . 9VWt

15、tiA)150sin(29.5A)12030sin(25 . 9WUtti三個(gè)線電流分別為A sin245.16UtiA)120sin(245.16WtiA)120sin(216.45Vti1 1低壓供電系統(tǒng)中的三相不對(duì)稱電路低壓供電系統(tǒng)中的三相不對(duì)稱電路 在中性線及線路阻抗為零的三相四線制電路中，當(dāng)三相電源電壓對(duì)稱三相電源電壓對(duì)稱時(shí)，即使三相負(fù)載不對(duì)稱三相負(fù)載不對(duì)稱，三相負(fù)載上的電壓三相負(fù)載上的電壓依然是對(duì)稱對(duì)稱的，但由于三相負(fù)載阻抗不等，所以三相電流三相電流將是不對(duì)稱不對(duì)稱的，三相電流分別為UUUUUZUZUIVVVVVZUZUIWWWWWZUZUI中性線電流為0WVUNiiii 在不對(duì)稱

16、的三相四線制電路中，中性線電流一般不等于零。這在不對(duì)稱的三相四線制電路中，中性線電流一般不等于零。這表明中性線具有傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流或單相電流的作用。表明中性線具有傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流或單相電流的作用。 2 2一相負(fù)載短路的三相不對(duì)稱電路一相負(fù)載短路的三相不對(duì)稱電路（1 1）對(duì)稱三角形負(fù)載中一相短路）對(duì)稱三角形負(fù)載中一相短路 若不計(jì)線路阻抗，則短路相的電壓等于電源線電壓，短路相的阻抗等于零。 03PUVUI為無(wú)窮大 此時(shí)與短路相負(fù)載相連的兩條端線上將出現(xiàn)很大的短路電流很大的短路電流-必須在線路上裝設(shè)必須在線路上裝設(shè)熔斷器或過(guò)流保護(hù)裝置熔斷器或過(guò)流保護(hù)裝置（2 2）對(duì)稱的）對(duì)稱的Y

17、/ /Y聯(lián)結(jié)電路中一相負(fù)載短路聯(lián)結(jié)電路中一相負(fù)載短路 此時(shí)U相負(fù)載電壓為零，負(fù)載中性點(diǎn)與電源中性點(diǎn)之間的電壓等于U相電源的電壓，即0UUPUNNUUU V、W兩相負(fù)載的電壓分別為PUVV3UUUPWUW3UUUZ3PUVVUZUIZ3ZPWUWUUIWVUiiiZ3PUUI3（2 2）對(duì)稱）對(duì)稱Y/ /Y接電路中一相斷路接電路中一相斷路0Ui 3 3一相負(fù)載斷路的三相不對(duì)稱電路一相負(fù)載斷路的三相不對(duì)稱電路0UV IZUIVWVWZWUWUUIWUUIIVWVIIWUW3II3PUNN2121UUUPUU2323UUUZ2321PVWVUZUIZ2321PVWWUZUIPVWV2321UUUPV

18、WW2321UUUVVNNuuu NNuuu UU23234 4對(duì)稱三角形負(fù)載中一條端線斷路對(duì)稱三角形負(fù)載中一條端線斷路 LVWUV2121UUULVWVWUUULVW2121UUUWUZUZUZUILVWWUUV2121ZUZUILVWVW0U IZUZUIILVWWV2323與斷路端線相連的兩相負(fù)載的電流和電壓均減少為原來(lái)的與斷路端線相連的兩相負(fù)載的電流和電壓均減少為原來(lái)的 ，另一相，另一相負(fù)載的電壓和電流保持不變負(fù)載的電壓和電流保持不變；斷路的端線電流為零，另外兩條端線的電流減少為原線電流的斷路的端線電流為零，另外兩條端線的電流減少為原線電流的 倍。倍。 2123V)30sin(2220

19、Utu64.34R 20XUuZZZVuWuUiWiViVW iUV iWU iUVuWUuVWuWVVWUU（1） 相負(fù)載斷路，負(fù)載的線電壓仍等于相應(yīng)的電源線電壓， 相負(fù)載電流為零，即VUVULLUU0UV I其他兩相的電流為9.5AA2064.34380Z22VWVWUI9.5AA2064.34380Z22WUWUUI根據(jù)基爾霍夫電流定律，求得線電流A5 . 9WUU IIA5 . 9VWV II16.45AA5 . 933WUWII（2）相端線斷路后，三相負(fù)載的相電壓為190VV380212121LVWUVUUUV380LVWVWUUU190VV380212121LVWWUUUU負(fù)載相電

20、流和線電流4.75AA2064.3438021Z21Z21Z22LVWWUUVUUUI9.5AA2064.34380ZZ22LVWVWUUI0U I14.25AA2064.3438023Z23Z2322LVWWVUUII80R 60XV380（1）U相負(fù)載短路后，U點(diǎn)與N點(diǎn)等電位，有0UU220VV3380PUNNUUUV、W兩相負(fù)載的電壓分別為 V3803PWUWUUU380VV22033PUVVUUUV、W兩相負(fù)載的相電流（也是線電流）3.8AA6080380Z3Z22PUVVUUI3.8AA6080380Z322PWUWUZUIU相的線電流有效值為6.6AA60802203Z322PUU

21、I2）相負(fù)載斷路后，U相電流，這時(shí)V、W兩相電源與V、W兩相負(fù)載串聯(lián)，形成獨(dú)立的閉合回路。此時(shí)，V、W兩相負(fù)載電壓為190VV220232321PVWVUUUV1902321PVWWUUU330VV220232323PUUUUUU相負(fù)載斷路后,V、W相負(fù)載的相電流（即線電流）為0UIA9 . 1A60802202323Z2122VWVZUUIPA9 . 1Z2321PVWWUZUI5 54 4 三相電路的功率三相電路的功率 三相交流電路中，三相負(fù)載消耗的總電功率為各相負(fù)載消耗功率之和，即33P3P22P2P11PP1321coscoscosIUIUIUPPPP 當(dāng)三相電路對(duì)稱時(shí)，三相交流電路的功率等于三倍的單相功率，即cos33PPPIUPPcos3LLIUP 必須注意， 是相電壓與相電流之間的相位差，