工學(xué)第6章三相電路課件

1、 第六章 三 相 電 路第6章 三相電路教學(xué)目的： 1.理解對(duì)稱三相正弦量的瞬時(shí)表達(dá)式、波形、相量表 達(dá)式及相量圖。了解相序的概念。 2.掌握電源及負(fù)載的聯(lián)接方式及對(duì)稱三相電源和對(duì)稱 三相負(fù)載的線、相電壓的關(guān)系，線、相電流的關(guān)系。教學(xué)內(nèi)容概述： 介紹對(duì)稱三相正弦量，三相電源及負(fù)載的星形與三角形聯(lián)接及電壓、電流關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 重點(diǎn)：不同聯(lián)接方式的對(duì)稱三相電源線、相電壓關(guān)系，線、 相電流關(guān)系。 難點(diǎn)：對(duì)對(duì)稱三相電源和對(duì)稱三相負(fù)載的線相、電壓的關(guān) 系，線、相電流的關(guān)系的理解。第6章 三相電路6.1 三相電源 6.1.1 三相電源的基本概念概述 單相電路：由一個(gè)交流電源供電的電路。 三相電路：由

2、三相交流電源供電的電路。 (電力系統(tǒng)幾乎都是采用三相電路 ) 第6章 三相電路三相電路的優(yōu)點(diǎn)： (1)在尺寸相同的情況下，三相發(fā)電機(jī)比單相發(fā)電機(jī)輸出的功率大； (2)在輸電距離、輸電電壓、輸送功率和線路損耗相同的條件下，三相輸電比單相輸電可節(jié)省25%的有色金屬； (3)單相電路的瞬時(shí)功率隨時(shí)間交變，而對(duì)稱三相電路的瞬時(shí)功率是恒定的，這使得三相電動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)矩，比單相電動(dòng)機(jī)的性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)。第6章 三相電路 1）三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三個(gè)正弦電壓 三相電源電路符號(hào)如圖示。 AuAXBuBYCuCZA、B、C為三相電源的首端，X、Y、Z為三相電源的末端。 2三相電源第6章 三相電路 若

3、設(shè)A相電壓的初相角為0，則三相電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為：每一個(gè)理想電壓源稱為一相，其電壓稱為相電壓。(1)三相電壓瞬時(shí)值表達(dá)式：第6章 三相電路波形如圖示。由波形圖可得：utwBuAuCupp 20(2)三相電壓波形圖：第6章 三相電路(3)三相電壓的相量表示： 則有工程上引入單位相量算子第6章 三相電路畫(huà)相量圖如圖示。o120o120o120由相量圖可知BU.CU.AU.(4)三相電壓的相量圖： 第6章 三相電路3）相序 定義：三相正弦量相位的次序。分為正（順）序、負(fù)（逆）序。2）對(duì)稱三相正弦量 凡是滿足頻率相同、大小相等、相位依次互差120的三個(gè)正弦量都稱為對(duì)稱三相正弦量，它們滿足瞬時(shí)值和或相量

4、和為零。如上述由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相電源電壓、或（、）。第6章 三相電路6.1.2 三相電源的Y、聯(lián)接名詞：端線（火線）：A、B、C三相 首端引出的線。 (1)Y形聯(lián)接方式如圖示。1、三相電源的星形聯(lián)接（Y）AuBuCuABCN第6章 三相電路iA 星形聯(lián)接又分為帶中線與不帶中線兩種。 iBiCuABuBCuCA 線電流：端線中的電流。線電壓：端線間的電壓。相電壓：端線與中線間的電壓。電源中性點(diǎn)：N點(diǎn)。線電流相電壓線電壓中性點(diǎn)第6章 三相電路（2）線、相電壓的關(guān)系代入上式得將KVL：第6章 三相電路同理可得：CAU.作出電壓相量圖如圖示。ABU.BCU.AU.BU.CU.第6章 三相電路 Y

5、聯(lián)接的對(duì)稱三相電源線電壓與相電壓的關(guān)系為：30。分別超前、相位關(guān)系：、大小關(guān)系：結(jié)論：第6章 三相電路（2）線、相電壓的關(guān)系由電路圖可得 2. 三相電源的 三角形聯(lián)接（） （1）形聯(lián)接方式如圖示。 uABABCAuBuCuuBCuCA第6章 三相電路結(jié)論：聯(lián)接的對(duì)稱三相電源線電壓與相電壓的關(guān)系為：作出電壓相量圖如圖示。大小關(guān)系：同相位。分別與相位關(guān)系：、BCBUU=.ABAUU=.CACUU=.第6章 三相電路 對(duì)稱三相電源正確聯(lián)接時(shí)， 無(wú)環(huán)流。若有一相接反，將在電源內(nèi)部 形成大環(huán)流。并且由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相電源還含有高次諧波，即使對(duì)稱三相電源也有。正確聯(lián)接時(shí)，高次諧波分量也將形成環(huán)流。因此，實(shí)

6、際中很少采用聯(lián)接。 （3） 關(guān)于電源三角形連接的說(shuō)明： ，第6章 三相電路6.2 三相負(fù)載 三相負(fù)載是指使用交流電源的用電器的總和。在有中線的情況下構(gòu)成所謂-“三相四線制”；沒(méi)中線時(shí)稱為-“三相三線制”。三相負(fù)載的連接方式也有星形和三角形兩種。6.2.1 三相負(fù)載的Y形連接三相負(fù)載：ZA、 ZB 、 ZC 。線電流-流過(guò)端線的電流：iA、 iB 、 iC 。 相電流-流過(guò)每相負(fù)載的電流： iA 、 iB 、 iC 。 中線電流：iN 。第6章 三相電路線電流與相電流為同一電流。中性線電流： 第6章 三相電路 若三個(gè)線電流為一組對(duì)稱三相正弦量，則中線電流為0，此時(shí)中線形同虛設(shè)，即使斷開(kāi)對(duì)電路也沒(méi)

7、有影響。 中線斷開(kāi)后電源中點(diǎn)N與負(fù)載中點(diǎn)N仍是等位點(diǎn)。因此可把中線省掉，成為星形連接的三相三線制，如圖所示。第6章 三相電路 三相三線制星形連接同三相四線制一樣，各相負(fù)載所承受的電壓仍為對(duì)稱的相電壓，且相電壓、線電壓關(guān)系仍滿足 結(jié)論：三相對(duì)稱負(fù)載的Y形連接時(shí) 中線電流為0； 線電流與相電流相等；線電壓是相電壓的倍。第6章 三相電路6.2.2 三相負(fù)載的聯(lián)接KCL：線電流與相電流的關(guān)系A(chǔ)AIlZABBIlZBCCIlZCZZZABIBCICAI.第6章 三相電路 若三相電流對(duì)稱，設(shè)同理代入上式得： 則 AI .030CI.ACI.BAI.BI .CBI.第6章 三相電路結(jié)論：聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載線

8、電流與相電流關(guān)系：分別 滯后 、 、30。 、 、相位關(guān)系：大小關(guān)系：第6章 三相電路說(shuō)明：三相電路系統(tǒng)的類型： 三相電路系統(tǒng)由三相電源和三相負(fù)載聯(lián)接組成，包括三相三線制的Y-Y、Y-、-Y、-聯(lián)接及三相四線制的Y0-Y0聯(lián)接。 根據(jù)電源、負(fù)載及線路的對(duì)稱與否，又可分為對(duì)稱三相系統(tǒng)和不對(duì)稱三相系統(tǒng)。 第6章 三相電路6.3.1 三相電路的平均功率（有功功率）三相電源發(fā)出的（或三相負(fù)載吸收的）有功功率為：.lZZAAAAUlZZBBBBUlZZCCCCUCIBIAINN. 6.3 三相電路的功率1、三相有功功率第6章 三相電路為每相的阻抗角。其中無(wú)論三相負(fù)載Y或聯(lián)接時(shí)都有因此三相對(duì)稱時(shí)有在上圖所

9、示電路中第6章 三相電路故有： 因?yàn)椋喝羲鼈冏餍切芜B接，則 若它們作三角形聯(lián)接，則 因而不論哪種連接法，都有 第6章 三相電路2、無(wú)功功率為每相負(fù)載的阻抗角。其中或因此三相對(duì)稱時(shí)有 在前圖示電路中三相負(fù)載的無(wú)功功率第6章 三相電路3視在功率三相對(duì)稱時(shí)4三相負(fù)載的功率因數(shù)三相對(duì)稱時(shí)三相負(fù)載的視在功率 呈三角形關(guān)系。第6章 三相電路6.3.2 對(duì)稱三相電路中的瞬時(shí)功率 即三相電路的瞬時(shí)功率為一常數(shù)，其值等于有功功率（平均功率）。 則三相瞬時(shí)功率為設(shè)第6章 三相電路小結(jié)： 當(dāng)三相對(duì)稱時(shí)，上述各功率為： 三相電路中三相負(fù)載的有功功率，無(wú)功功率，視在功率和功率因數(shù)分別為：第6章 三相電路例6.1 額定電

10、壓為380V的中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)cos一般為0.850.9，效率一般為0.850.9 。如某臺(tái)電動(dòng)機(jī)cos=0.86，=0.88，在電動(dòng)機(jī)輸出功率為2.2kW時(shí)，電動(dòng)機(jī)從電源吸取多大電流? 解 電動(dòng)機(jī)輸出功率與輸入功率的關(guān)系為 電動(dòng)機(jī)從電源輸入的功率所以有 第6章 三相電路 三相系統(tǒng)中，若三相電源和三相負(fù)載都對(duì)稱，且三相線路阻抗相等，則稱其為對(duì)稱三相電路。 在正弦交流電路中的各種分析方法都可用于對(duì)稱三相電路的分析，但對(duì)稱三相電路具有對(duì)稱性，使得其具有更加簡(jiǎn)便的分析計(jì)算方法。6.4 對(duì)稱三相電路的分析對(duì)稱三相電路的概念第6章 三相電路6.4.1 負(fù)載Y形連接的三相電路Z每相負(fù)載阻抗N

11、負(fù)載中性點(diǎn)ZN中線阻抗Zl線路阻抗1. Y-Y形聯(lián)接的三相四線制負(fù)載對(duì)稱電路： N電源中性點(diǎn)三相四線制lZZAAAU.lZZBBBU lZZCCCU NZCIBIAINI NN.第6章 三相電路由節(jié)點(diǎn)電壓法各線電流為又電源對(duì)稱第6章 三相電路將為一組對(duì)稱正弦量。 負(fù)載相電壓：由KCL 為一組對(duì)稱三相正弦量。代入上式得：第6章 三相電路負(fù)載線電壓： 為一組對(duì)稱正弦量第6章 三相電路因此中線不起作用。即中線存在與否對(duì)各電壓電流均無(wú)影響。 （2）對(duì)稱三相電路中各組電壓、電流均為三相對(duì)稱正弦量。 結(jié)論：（1）Y-Y對(duì)稱三相電路中第6章 三相電路 （3） 根據(jù)對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)，可使用一相電路計(jì)算法，即

12、作出其中一相的等效電路（圖示為A相電路） 。 計(jì)算出這一相的電量，就可以根據(jù)對(duì)稱性寫(xiě)出其它兩相的電量。 對(duì)于三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載可先等效變換為星形聯(lián)接，使其成為Y-Y三相電路后再進(jìn)行計(jì)算。第6章 三相電路6.4.2 負(fù)載形連接的三相電路1、負(fù)載三角形連接的兩種三相電路形式 ：（1）對(duì)稱Y-電路 第6章 三相電路（2）對(duì)稱- 電路第6章 三相電路（1）將 連接的三相對(duì)稱電源變換為Y形連接：（2）將 連接的三相對(duì)稱負(fù)載變換為Y形連接：（3）按上述變換后，對(duì)稱三相電路就轉(zhuǎn)換為YY連接的對(duì)稱三相電路，然后即可采用“歸結(jié)為一相”的計(jì)算方法。如下圖所示。2、 連接的三相電路的分析方法第6章 三相電路對(duì)

13、稱Y-、-三相電路系統(tǒng)的Y-Y等效電路及一相計(jì)算電路： 第6章 三相電路例6.1 電路如圖所示，一個(gè)對(duì)稱三角形負(fù)載的每相復(fù)阻抗為Z=19.2+j14.4，經(jīng)過(guò)復(fù)阻抗為 ZL=3+j4的傳輸線與線電壓為380伏的對(duì)稱電源聯(lián)接，求負(fù)載端的線電壓、線電流和相電流。第6章 三相電路解 因?yàn)槭菍?duì)稱三相電路，故可化為一相的計(jì)算方法求解。（1）將對(duì)稱的三角形負(fù)載化為等效星形負(fù)載 ，等效星形負(fù)載為：（2）對(duì)稱電源的線電壓可看成是由一對(duì)稱星形電源所供給 ：Y形電源相電壓為：第6章 三相電路經(jīng) Y變換后的電路為：所以有線電流為：第6章 三相電路根據(jù)對(duì)稱性可直接寫(xiě)出： 根據(jù)對(duì)稱三角形中線電流和相電流的關(guān)系，可得原三

14、角形負(fù)載中的相電流： 第6章 三相電路三角形負(fù)載端的線電壓為：第6章 三相電路例6.2 三相電源相電壓為220V，三相負(fù)載中每相阻抗為 （40+j90），線路阻抗不計(jì)。求： （1）電源為Y聯(lián)接，負(fù)載分別為Y（帶中線）和聯(lián)接； （2）電源為聯(lián)接，負(fù)載分別為Y 和聯(lián)接時(shí) 負(fù)載的相電流 和線電流。 第6章 三相電路 （1）三相電路為Y-Y聯(lián)接帶中線時(shí)，由于不計(jì)線路阻抗， 故三個(gè)負(fù)載 相電壓均為解：負(fù)載相、線電流相等，為.ZAAUZBBU ZCCU NZCIBIAINI NN.第6章 三相電路 三相電路為Y-聯(lián)接時(shí)，由于三相電源對(duì)稱，電源側(cè)線 電壓為 負(fù)載相、線電流分別為 負(fù)載相電壓為.ZAAAUZB

15、BBUZCCCUCIBIAINBAICBIACI.第6章 三相電路（2）三相電路為-Y聯(lián)接時(shí)，電源的線電壓等于相電壓為負(fù)載線、相電流相等,為由于負(fù)載為對(duì)稱Y聯(lián)接，所以負(fù)載相電壓為負(fù)載線電壓為.ZAZBZCCIBIAINAUCUBU.第6章 三相電路 三相電路為-聯(lián)接時(shí)，負(fù)載線電壓負(fù)載相、線電流分別為負(fù)載為對(duì)稱聯(lián)接，所以負(fù)載相電壓為.ZAAZBBBUZCCCIBIAIBAICBIACICUAU.第6章 三相電路 (1) 各組負(fù)載的相電流； (2) 線路中的電流； (3) 每組負(fù)載的功率及電源的功率。求：每根導(dǎo)線的阻抗為 負(fù)載每相阻抗三角形聯(lián)接例6.3 對(duì)稱三相電路如圖示，電源線電壓為380V，星

16、形聯(lián)接負(fù)載每相阻抗 第6章 三相電路第6章 三相電路解：（1）將形聯(lián)接負(fù)載等效變換為Y形，如圖示，作出一相計(jì)算電路（A相）。電源可看作是Y聯(lián)接，設(shè)其中第6章 三相電路得總阻抗為由對(duì)稱性得Y形負(fù)載相電流由分流定理第6章 三相電路形負(fù)載相電流（2）線路中的電流為第6章 三相電路（3）Y形負(fù)載功率為電源功率為形負(fù)載功率為第6章 三相電路歸納： 1.三相電源的電壓一般是三個(gè)頻率相同振幅相等而相位互差120的三個(gè)正弦電壓源且由Y形和形連接構(gòu)成。對(duì)稱的三相正弦量，其瞬時(shí)值之和為零，相量之和也為零。 2.三相電源和三相負(fù)載均有兩種連接方式：Y形連接和形連接。根據(jù)電源和負(fù)載各自的連接方式，三相電路系統(tǒng)可分為三

17、相三線制和三相四線制。 3. 三角形接法的電路可變換為Y形接法后再分析計(jì)算，最終根據(jù)對(duì)稱性可歸結(jié)為一相電路的計(jì)算。第6章 三相電路*6.5 不對(duì)稱三相電路的概念1. 不對(duì)稱三相電路的概念 在三相電路中，只要電源、負(fù)載和線路中有一部分不對(duì)稱，則此電路稱為不對(duì)稱三相電路。 產(chǎn)生不對(duì)稱的原因：（1）電源不對(duì)稱 ：由故障引起；（2）線路不對(duì)稱 ：故障情況；（3）負(fù)載不對(duì)稱 ：故障情況和正常情況；第6章 三相電路 以圖示Y-Y電路為例，具體分析不對(duì)稱三相電路中性點(diǎn)位移的原因。 設(shè)電源三相對(duì)稱，線路阻抗忽略不計(jì)，負(fù)載不對(duì)稱,即 2不對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)產(chǎn)生中性點(diǎn)位移第6章 三相電路 由節(jié)點(diǎn)電壓法：NCU .

18、則可定性作出相量圖。若設(shè)此時(shí)負(fù)載各相電壓為NBU .NAU .CU.AU.BU.NU N.第6章 三相電路解決的辦法：引入一條 分析：中性點(diǎn)位移使負(fù)載相電壓不對(duì)稱，負(fù)載不能正常工作。另外一相負(fù)載變動(dòng)將影響其他兩相負(fù)載的電壓。且這樣三相之間互不干擾，負(fù)載相電壓三相對(duì)稱。但各相電流不對(duì)稱,的中線，強(qiáng)制使 （ 接上中線能使不對(duì)稱星形負(fù)載的各相電壓對(duì)稱， 這是低壓系統(tǒng)廣泛采用三相四線制的原因之一。） 第6章 三相電路3、不對(duì)稱三相電路分析 不對(duì)稱三相電路中，一般各組電壓、電流不存在對(duì)稱關(guān)系。因此不能用對(duì)稱電路先求一相電量再推知其他兩相的方法求解不對(duì)稱電路。原則上應(yīng)將不對(duì)稱電路視為復(fù)雜交流電路分析。但常

19、在不對(duì)稱電路中存在某一部分電路各電量是對(duì)稱的（如三相電源），因此，具體問(wèn)題要具體分析。 第6章 三相電路 例6-4相序指示器是一種決定相序的儀器，由一個(gè)電容和兩個(gè)燈泡組成星形電路，如圖（a）所示。如果使 而且線電壓對(duì)稱，求燈泡承受的相電壓，從而決定哪一個(gè)燈泡較亮。 （a） （b） 第6章 三相電路 解：由節(jié)點(diǎn)電壓法得 代入，得：且將設(shè)第6章 三相電路根據(jù)上述結(jié)果可以判定：若電容器所在的一相定為A相，則燈泡比較亮的是B相，燈泡比較暗的是C相。UBN、UCN,的大小也可以從所畫(huà)出的相量圖上看出。第6章 三相電路小結(jié)： 1.不對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)產(chǎn)生中性點(diǎn)位移。在正常運(yùn)行的三相四線制電路中解決不對(duì)稱產(chǎn)

20、生的問(wèn)題時(shí)可采用短接電源和負(fù)載中性點(diǎn)的方法解決。 2.不對(duì)稱三相電路的分析正弦交流電路的各種分析方法。第6章 三相電路6.6 三相電路仿真6.6.1 三相交流電路負(fù)載Y形連接電路仿真 例6.5 測(cè)量電路見(jiàn)下頁(yè)電路圖，三相對(duì)稱電源與三相負(fù)載的連接方式為“Y-Y”形連接，S1控制電路有無(wú)中線，S2控制負(fù)載是否對(duì)稱。（1）測(cè)量對(duì)稱負(fù)載的Y形連接電路中的線電壓與相電壓的關(guān)系及線電流的大小。 （2）測(cè)量不對(duì)稱負(fù)載的Y形連接電路中的線電壓與相電壓的關(guān)系及線電流的大小。第6章 三相電路第6章 三相電路仿真結(jié)果： （1）當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2使負(fù)載對(duì)稱時(shí)：中線電流為0，有無(wú)中線對(duì)負(fù)載的電壓或電流無(wú)影響；各線電流相等；

21、線電壓 （2）當(dāng)接通開(kāi)關(guān)S2使負(fù)載不對(duì)稱時(shí)：中線電流不為0；各線電流不相等。第6章 三相電路6.6.2 三相交流電路負(fù)載形連接電路仿真例6.6 電路如圖所示，測(cè)量對(duì)稱負(fù)載與不對(duì)稱負(fù)載的形連接電路中的線電流與相電流的關(guān)系。第6章 三相電路仿真結(jié)果： （1）當(dāng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1使負(fù)載對(duì)稱時(shí)：各相電流相等；線電流 （2）當(dāng)接通開(kāi)關(guān)S1使負(fù)載不對(duì)稱時(shí)：各相電流不相等；各線電流不相等。第6章 三相電路本 章 小 結(jié)1對(duì)稱三相電源是由三個(gè)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120的正弦電壓組成的，它們有星形連接和三角形連接兩種方式。三相負(fù)載也有星形和三角形兩種連接方式，若三相負(fù)載的三個(gè)復(fù)阻抗相等，則稱為對(duì)稱三相負(fù)載。對(duì)稱三相電