電工電子技術(shù)第3章

1、第第3章章 三相電路及其應(yīng)用三相電路及其應(yīng)用 本章從三相電壓的特點出發(fā)，介紹三相電源本章從三相電壓的特點出發(fā)，介紹三相電源的星形、三角形聯(lián)接；介紹了對稱三相電路的星形、三角形聯(lián)接；介紹了對稱三相電路的構(gòu)成及分析方法。讀者應(yīng)理解三相電路星的構(gòu)成及分析方法。讀者應(yīng)理解三相電路星形聯(lián)接、三角形聯(lián)接的特點，掌握簡單對稱形聯(lián)接、三角形聯(lián)接的特點，掌握簡單對稱三相電路的計算及應(yīng)用。三相電路的計算及應(yīng)用。 第第3章第章第1課課 在本次課中，在本次課中，將介紹三相交流發(fā)電機(jī)的原理、介紹三相交流發(fā)電機(jī)的原理、三相電壓三相電壓的特點、對稱三相電路的分析方法等。一三相電壓的產(chǎn)生一三相電壓的產(chǎn)生 工藝上保證定子與轉(zhuǎn)子

2、之間磁感工藝上保證定子與轉(zhuǎn)子之間磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子內(nèi)表面按正弦規(guī)律應(yīng)強(qiáng)度沿定子內(nèi)表面按正弦規(guī)律分布。在各相繞組的始端和末端分布。在各相繞組的始端和末端間產(chǎn)生隨時間按正弦規(guī)律變化的間產(chǎn)生隨時間按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電壓感應(yīng)電壓 三相電壓由三相三相電壓由三相交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生 其發(fā)電原理是電磁感其發(fā)電原理是電磁感應(yīng)（變化的磁場產(chǎn)生變應(yīng)（變化的磁場產(chǎn)生變化的電場）化的電場） 定子的槽定子的槽中嵌有三組中嵌有三組繞阻，每組繞阻，每組稱為一相，稱為一相，分別稱為分別稱為A相、相、B相和相和C相相 定定 子子轉(zhuǎn)子是一個磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是一個磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度以角速度順時針旋轉(zhuǎn)時，順時針旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生變化

3、的磁場，將在三產(chǎn)生變化的磁場，將在三相繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓相繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓 繞組的始端之間或末端之間彼此相繞組的始端之間或末端之間彼此相隔隔120。當(dāng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度轉(zhuǎn)子以角速度順時針順時針旋轉(zhuǎn)時，將在三相繞組產(chǎn)生頻率相旋轉(zhuǎn)時，將在三相繞組產(chǎn)生頻率相同、幅值相同，彼此間的相位相差同、幅值相同，彼此間的相位相差120的三相電壓的三相電壓 定定 子子 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 三相電三相電壓的時間壓的時間表達(dá)式表達(dá)式 三相電三相電壓的相量壓的相量表達(dá)式表達(dá)式 三個頻率相同、幅值三個頻率相同、幅值相同、彼此相位相差相同、彼此相位相差120的電壓，稱為的電壓，稱為對對稱三相電壓稱三相電壓 三相電路中的電源一般都是對稱

4、的三相電路中的電源一般都是對稱的 對稱三相電壓的相量圖及波對稱三相電壓的相量圖及波形如形如圖圖3-1-2、圖圖3-1-3 三相電三相電壓的時間壓的時間表達(dá)式表達(dá)式 三相電壓的相三相電壓的相量表達(dá)式量表達(dá)式 上述三相電壓到達(dá)正幅值（或相應(yīng)零值）的先后次序稱為上述三相電壓到達(dá)正幅值（或相應(yīng)零值）的先后次序稱為相序相序。 圖圖3-1-2示三相電壓的相序為示三相電壓的相序為ABC，稱為，稱為正序或順序正序或順序。與。與此相反，如此相反，如B相超前相超前A相相120，C相超前相超前B相相120，這種相序，這種相序稱為稱為負(fù)序或逆序負(fù)序或逆序。今后如無特殊聲明，均按正序處理。今后如無特殊聲明，均按正序處理

5、 由相量式知，上面定義的三相電壓的相量和為由相量式知，上面定義的三相電壓的相量和為0二三相繞組的星形聯(lián)接二三相繞組的星形聯(lián)接三相電源相當(dāng)于三三相電源相當(dāng)于三個獨立的正弦電源個獨立的正弦電源 在實踐應(yīng)用中，三相發(fā)在實踐應(yīng)用中，三相發(fā)電機(jī)的三相繞組一般都要電機(jī)的三相繞組一般都要按某種方式按某種方式聯(lián)接成一個整聯(lián)接成一個整體體后再對外供電后再對外供電 如果把發(fā)如果把發(fā)電機(jī)的三個電機(jī)的三個定子繞組的定子繞組的末端聯(lián)接在末端聯(lián)接在一起，對外一起，對外形成形成A、B、C、N四個四個端，稱為端，稱為星星形聯(lián)接形聯(lián)接 星形聯(lián)接的三相電源（簡稱星形電源）星形聯(lián)接的三相電源（簡稱星形電源）的每一相電壓（的每一相電

6、壓（火線與零線間的電壓火線與零線間的電壓）稱）稱為為相電壓相電壓，其有效值用其有效值用UA、UB、UC表示，表示，一般通用一般通用Up表示表示。中點中點N引出的導(dǎo)線稱引出的導(dǎo)線稱為為中線或零線中線或零線 A、B、C三端分別向外引出三端分別向外引出三根導(dǎo)線，稱為端線，俗稱三根導(dǎo)線，稱為端線，俗稱火線火線相電壓的定義如式相電壓的定義如式3-1-1 所示所示相量圖如圖相量圖如圖3-1-2tUu sin2A)120sin(2BtUu)120sin(2CtUu相電壓、線電壓都是同頻相電壓、線電壓都是同頻率的正弦量，相量圖如圖率的正弦量，相量圖如圖3-1-5（MATLAB仿真仿真分析圖）分析圖） 相電壓的

7、相電壓的有效值用有效值用UA、UB、UC表示，表示，一般通用一般通用Up表示表示。相相電壓的定義，相量圖電壓的定義，相量圖見上見上1頁頁中點中點N引出的導(dǎo)線稱引出的導(dǎo)線稱為為中線或零線中線或零線A、B、C三三端端端端線俗線俗稱稱火火線線 端線端線A、B、C之間的電壓（之間的電壓（火線火線與火線之間的電壓與火線之間的電壓）稱為）稱為線電壓線電壓，其有效值用其有效值用UAB、UBC、UCA表示，表示，一般通用一般通用Ul表示表示。圖中假定相電壓有效圖中假定相電壓有效值為值為220V 可見，三相線電壓也是一組對稱正可見，三相線電壓也是一組對稱正弦量，線電壓超前相電壓弦量，線電壓超前相電壓30O ，有

8、，有三對稱三對稱Y-Y聯(lián)接三相電路聯(lián)接三相電路 三相負(fù)載也有星形三相負(fù)載也有星形接法。星形電源常與接法。星形電源常與星形負(fù)載聯(lián)接（星形負(fù)載聯(lián)接（Y-Y聯(lián)接）聯(lián)接） 各相負(fù)載的電流稱為各相負(fù)載的電流稱為相電流相電流，端線中的，端線中的電流稱為電流稱為線電流線電流 若每相負(fù)載都相同，稱若每相負(fù)載都相同，稱為為對稱負(fù)載對稱負(fù)載 對稱三相電源和對稱對稱三相電源和對稱三相負(fù)載相聯(lián)接，稱三相負(fù)載相聯(lián)接，稱為為對稱三相電路對稱三相電路 三相電源向外三相電源向外引出了四根導(dǎo)線，引出了四根導(dǎo)線，所以這種輸電方所以這種輸電方式為式為三相四線制三相四線制 Y-YY-Y聯(lián)接三相電路中，聯(lián)接三相電路中，線電流等于相線電

9、流等于相電流電流 在對稱在對稱Y-YY-Y電路中，負(fù)電路中，負(fù)載中點與電載中點與電源中點是等源中點是等電位點，各電位點，各相電路相互相電路相互獨立，三相獨立，三相電路可歸結(jié)電路可歸結(jié)為單相（通為單相（通常為常為A A相）的相）的計算計算 因為負(fù)載中點與電源中點是等電位點，因為負(fù)載中點與電源中點是等電位點，所以在對稱所以在對稱Y-YY-Y電路中，流過中線的電流電路中，流過中線的電流為為0 0，如同開路，中性線在許多場合下可，如同開路，中性線在許多場合下可以不要。以不要。 這種輸電方式稱為這種輸電方式稱為三相三線制三相三線制四三相繞組的三角形聯(lián)接四三相繞組的三角形聯(lián)接如果將發(fā)電機(jī)的三個如果將發(fā)電機(jī)

10、的三個定子繞組的始端，末定子繞組的始端，末端順次相接再從各聯(lián)端順次相接再從各聯(lián)接點向外引出三根導(dǎo)接點向外引出三根導(dǎo)線，稱為線，稱為三角形聯(lián)接三角形聯(lián)接一般情況下，一般情況下，三角形聯(lián)接的三角形聯(lián)接的三相電源電壓三相電源電壓是對稱的，所是對稱的，所以，回路電壓以，回路電壓相量之和為零相量之和為零 必須指出，三相電源各繞組作三角形聯(lián)接時，每相始端、末必須指出，三相電源各繞組作三角形聯(lián)接時，每相始端、末端應(yīng)聯(lián)接正確，否則三個相電壓之和不為零，在回路內(nèi)將形端應(yīng)聯(lián)接正確，否則三個相電壓之和不為零，在回路內(nèi)將形成很大的電流而燒壞繞組。成很大的電流而燒壞繞組。 相量圖如相量圖如上圖所示上圖所示三角形接法沒有

11、中點，三角形接法沒有中點，對外只有三個端子對外只有三個端子顯然，三角形聯(lián)接的三相電源顯然，三角形聯(lián)接的三相電源的的線電壓、相電壓相同線電壓、相電壓相同五對稱五對稱-聯(lián)接三相電路聯(lián)接三相電路 三相對稱三相對稱-聯(lián)接三相電路聯(lián)接三相電路如下圖如下圖 相電流可由相電流可由相電壓相量相電壓相量求出，根據(jù)基爾霍夫求出，根據(jù)基爾霍夫電流定律的相量形式，可以寫出線電流與相電電流定律的相量形式，可以寫出線電流與相電流間的關(guān)系由此可做出電流相量圖如上流間的關(guān)系由此可做出電流相量圖如上（MATLAB仿真分析圖）仿真分析圖） 由于每相負(fù)載直接聯(lián)接在由于每相負(fù)載直接聯(lián)接在每相電源的兩端線之間，每相電源的兩端線之間，所

12、以三角形聯(lián)接的所以三角形聯(lián)接的線電壓線電壓等于相電壓等于相電壓但線電流但線電流并不等于并不等于相電流相電流可見，線電可見，線電流也是一組流也是一組對稱正弦量，對稱正弦量，線電流滯后線電流滯后相電流相電流30O線電流相電流有線電流相電流有效值關(guān)系效值關(guān)系六本課的重點六本課的重點 重點： 三相電壓的特點、對稱三相電路的分析三相電壓的特點、對稱三相電路的分析第三章第第三章第2課課 在本次課中，在本次課中，我們將介紹三相電路的功率、介紹三相電路的功率、三相電路的計算、發(fā)電、輸電及工業(yè)企業(yè)配電及安全用電等。上一課內(nèi)容回顧上一課內(nèi)容回顧 三相電源有三相電源有星形星形、三角形三角形兩種聯(lián)接方式，三相負(fù)載也存

13、在星形、兩種聯(lián)接方式，三相負(fù)載也存在星形、三角形兩種聯(lián)接方式，負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路線電流等于相電三角形兩種聯(lián)接方式，負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路線電流等于相電流，電壓相量圖如左上：流，電壓相量圖如左上：在對稱在對稱Y-Y三相電路中，負(fù)載中點三相電路中，負(fù)載中點與電源中點是等電位點，流過中與電源中點是等電位點，流過中線的電流為零，每相電路相互獨線的電流為零，每相電路相互獨立，對稱立，對稱Y-Y三相電路可歸結(jié)為單三相電路可歸結(jié)為單相的計算相的計算 負(fù)載三角形聯(lián)接的三相電路線電壓等于相電壓，電負(fù)載三角形聯(lián)接的三相電路線電壓等于相電壓，電流相量圖如右上。流相量圖如右上。 對稱對稱-三相電路也可歸結(jié)為單相的

14、計算。三相電路也可歸結(jié)為單相的計算。一三相電路的功率一三相電路的功率 每相不但相電壓有效值相每相不但相電壓有效值相等，相電流有效值相等，等，相電流有效值相等，而且每相電壓與電流的相而且每相電壓與電流的相位差也相等，所以，位差也相等，所以，有功有功功率功率可表示為可表示為 正弦交流電路中功正弦交流電路中功率的守恒性也適用于率的守恒性也適用于三相交流電路三相交流電路一個三相負(fù)載吸收的一個三相負(fù)載吸收的有功功率應(yīng)等于其各有功功率應(yīng)等于其各相所吸收的有功功率相所吸收的有功功率之和，一個三相電源之和，一個三相電源發(fā)出的有功功率等于發(fā)出的有功功率等于其各相所發(fā)出的有功其各相所發(fā)出的有功功率之和功率之和 對

15、稱三相電路中每組響對稱三相電路中每組響應(yīng)都是與激勵同相序的應(yīng)都是與激勵同相序的對稱量對稱量 因此，無論對稱星形接法或因此，無論對稱星形接法或?qū)ΨQ三角形接法，三相電路對稱三角形接法，三相電路總總有功功率有功功率為為 對于對稱星形接法對于對稱星形接法對于對稱三角形接法對于對稱三角形接法無功功率無功功率可表示為可表示為 視在功率視在功率可可表示表示為為 二三相電路的計算二三相電路的計算 對于對稱三相電路，可取一相來計算。對于對稱三相電路，可取一相來計算。 單相的計算電路圖，就是基本元件組成的串聯(lián)單相的計算電路圖，就是基本元件組成的串聯(lián)交流電路交流電路可通過幾個例題理解可通過幾個例題理解 【例【例1】有一星形負(fù)載接到有一星形負(fù)載接到線電壓為線電壓為380V的三相星形電的三相星形電源上，如左圖所示。每相負(fù)載源上，如左圖所示。每相負(fù)載阻抗阻抗Z=8+j6。分別求有中線、