電子教案電路分析第6章

1、第6章 三相電路是一種特殊形式的正弦穩(wěn)態(tài)電路，目前世界上的電能生產(chǎn)、傳輸供應(yīng)大多采用三相電路形式，應(yīng)用非常廣泛，而且這種電路結(jié)構(gòu)特殊，有明顯的規(guī)律形，掌握其特點(diǎn)，可使分析大為簡(jiǎn)化。本章將介紹三相電路中的電源和各種三相電路的聯(lián)結(jié)方式，重點(diǎn)介紹對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)和計(jì)算方法，同時(shí)介紹不對(duì)稱三相電路的基本概念和簡(jiǎn)單計(jì)算，然后討論三相電路的功率和測(cè)量，作為應(yīng)用最后介紹供電系統(tǒng)中的接地保護(hù)的方法。 三相電路6.1 三相電路的基本概念 6.2 三相電路的連接 6.3 對(duì)稱三相電路的計(jì)算 6.4 不對(duì)稱三相電路 6.5 三相電路的功率及測(cè)量 6.6 應(yīng)用 第6章三相電路電子工業(yè)出版社6.1 三相電路的基本概念

2、由三相電源構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為三相系統(tǒng)。 三相系統(tǒng)主要由三相電源、三相負(fù)載和三相導(dǎo)線3個(gè)部分構(gòu)成，也稱為三相電路。 對(duì)稱三相電源，是指由3個(gè)具有相同幅值、相同頻率、初相依次相差120的正弦交流理想電壓源連接成星形（Y）或三角形（）的電源，如圖6-1所示。這3個(gè)電壓源依次被稱為A相、B相、C相。 (a) 星形連接 (b) 三角形連接圖6-1 對(duì)稱三相電源用正弦量表示為 ：用相量表示為 ：電子工業(yè)出版社波形圖和相量圖 (a)波形圖 (b)相量圖 圖6-2 對(duì)稱三相電壓源的波形與相量圖 3個(gè)正弦函數(shù)會(huì)按次序出現(xiàn)峰值 ，這種由ABCA的相序稱為正序或順序變化 。若將C相電壓的初相和B相電壓的初相對(duì)調(diào)（或者

3、任意對(duì)調(diào)三相中兩相電壓的初相），則波形圖反映為ACBA的相序，稱為反序或逆序。 對(duì)稱三相電壓源的關(guān)系：或電子工業(yè)出版社6.2 三相電路的聯(lián)結(jié) 三相電路的幾種典型聯(lián)結(jié)方式，如下圖所示 (a) Y-Y連接 (b) Y-連接(c) Y系統(tǒng) (d) 系統(tǒng) (a)的Y-Y連接中，開關(guān)S斷開時(shí)，不含中線；而開關(guān)S閉合時(shí)，含有中線，其中ZN為中線阻抗，此時(shí)稱為三相四線制電路。 其他的連接方式均稱為三相三線制電路 電子工業(yè)出版社電流或電壓的量值 所有的三線制連接方式中，稱三根導(dǎo)線兩兩之間的電壓為線電壓 ，經(jīng)過(guò)每根導(dǎo)線的電流稱為線電流 而稱各個(gè)元件（電壓源或負(fù)載）兩端的電壓為相電壓，流經(jīng)各個(gè)元件中的電流稱為相電

4、流。 (a) Y電源 (b) 負(fù)載 圖(a)中，AN、BN、CN間電壓為相電壓，AB、BC、CA間電壓為線電壓，ia為相電流，iA為線電流； 圖(b)中，A B、B C、C A之間為相電壓，AB、BC、CA之間為線電壓。 為相電流，iA為線電流。 Y連接時(shí)，各相電流與線電流的關(guān)系為 ia = iA，ib = iB，ic = iC，或相電流等于線電流 電子工業(yè)出版社電流或電壓的量值(2)Y連接時(shí) 相電壓與線電壓的關(guān)系則可由圖 (a)所示的相量圖求得 : (a) 相電壓與線電壓的相量圖 (b) 線電流與相電流的相量圖 連接時(shí) 各線電壓與相電壓相等，即uph = ul 而線電流與相電流則可以由下面的

5、關(guān)系得出： （6-2） （6-1） 電子工業(yè)出版社6.3 對(duì)稱三相電路的計(jì)算 由于對(duì)稱三相電路的一些特點(diǎn)，使得對(duì)稱三相電路的計(jì)算可以簡(jiǎn)化。 (a) 對(duì)稱電路 (b) 一相計(jì)算電路 因?yàn)椋?表明三個(gè)電流也是對(duì)稱的， 等于零 。電子工業(yè)出版社例6-1 已知對(duì)稱三相電源相電壓為380 V，對(duì)稱三相負(fù)載 。分別計(jì)算圖 (a)中 、 、 。 (a) Y-Y連接的三相電路 (b) 一相計(jì)算電路例6-1圖解 對(duì)稱三相電路可以化為如圖 (b)所示的一相簡(jiǎn)單電路。 電子工業(yè)出版社例6-2對(duì)稱三相電源線電壓為380V，對(duì)稱三相負(fù)載 ， 分別計(jì)算圖中 、 、 。 (a) 原電路 (b) -Y轉(zhuǎn)換 (c) 化為一相計(jì)

6、算例6-2圖電子工業(yè)出版社6.4 不對(duì)稱三相電路 在三相電路的構(gòu)成中，只要有任意一部分出現(xiàn)不對(duì)稱的情況，就稱為不對(duì)稱三相電路。例如，三相負(fù)載中的三個(gè)負(fù)載不完全相等，三相電源出現(xiàn)個(gè)別相電源短路或開路等現(xiàn)象，此時(shí)，都會(huì)形成不對(duì)稱三相電路。 電子工業(yè)出版社 不對(duì)稱三相電路(2)當(dāng)開關(guān)S打開時(shí)，用結(jié)點(diǎn)電壓分析，即 負(fù)載三個(gè)各不相同 相量圖N點(diǎn)與N 點(diǎn)不再重合，稱為中點(diǎn)位移 如果中點(diǎn)位移較大，可能會(huì)使某相的端電壓幅值比電源的相電壓幅值大很多，而損壞負(fù)載或使負(fù)載不能正常工作。此外由于三相電源是相關(guān)的，也可能破壞整個(gè)三相系統(tǒng)。因此在使用三線制系統(tǒng)時(shí)，一般均采用對(duì)稱的負(fù)載. 電子工業(yè)出版社兩種典型的不對(duì)稱三相

7、電路 (1)某（如A）相負(fù)載開路 （a）A相開路電路圖 (b)相量圖圖6-10單相開路 如圖6-10(a)所示的A相開路電路。則此時(shí)電路完全變成一個(gè)串聯(lián)的回路。兩相負(fù)載承受的電壓為BC線電壓的一半。由圖(b)中的相量圖可見(jiàn)中點(diǎn)位移的位置。這種現(xiàn)象對(duì)于負(fù)載用戶來(lái)說(shuō)，電壓幅值減小了，一般不會(huì)對(duì)用戶的負(fù)載造成很大程度的損壞。 電子工業(yè)出版社兩種典型的不對(duì)稱三相電路 (2)某相負(fù)載短路 (a) A相短路電路 (b) 相量圖圖6-11 單相短路 如圖6-11(a)所示為A相短路電路。此時(shí)兩個(gè)中點(diǎn)NN 直接被一相電壓連起來(lái)，造成另外兩相的負(fù)載直接承受線電壓幅值。由圖(b)中的相量圖可見(jiàn)，中點(diǎn)位移直接接到三

8、角形的頂點(diǎn)。這種情況往往會(huì)造成負(fù)載在很大程度上損失。為避免出現(xiàn)上述不對(duì)稱情況，需采取必要的措施，使電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有充分的保障。 需采取必要的措施電子工業(yè)出版社需采取必要的措施 如果把圖中的開關(guān)S閉合，再來(lái)討論一下不對(duì)稱負(fù)載情況。一般使中線的阻抗ZN接近零，這樣可以強(qiáng)迫 ，而不讓中點(diǎn)位移。這樣做盡管電路還是不對(duì)稱的，但是各相的負(fù)載基本保持相對(duì)獨(dú)立，相互之間不受影響，就使得電路克服了三線制在不對(duì)稱時(shí)的缺點(diǎn)。當(dāng)然此時(shí)的三相不對(duì)稱，中線的電流不再為零，即 ZN接近零 當(dāng)三相嚴(yán)重不對(duì)稱時(shí)，可能中線的電流很大。在居民用電的供電系統(tǒng)中，不在中線上設(shè)置限流保護(hù)裝置，否則就不能體現(xiàn)三相四線制的優(yōu)點(diǎn)。 電子工

9、業(yè)出版社例6-3電路如圖6-12所示，對(duì)稱三相電源的線電壓試計(jì)算 、 、 、 圖6-12 例6-3圖 解 令相電壓為: 顯然 、 和 仍然為對(duì)稱的情況 電子工業(yè)出版社例6-4 圖6-13(a)是相序指示電路，用來(lái)判別三相電路中各相相序。它由一個(gè)電容和兩個(gè)燈泡（相當(dāng)于電阻R）組成的星形負(fù)載。已知 ，三相電源對(duì)稱，試計(jì)算兩個(gè)燈泡上的電壓。(a)電路圖 (b)相量圖圖6-13 相序指示電路 解： 計(jì)算兩個(gè)中點(diǎn)之間的電壓，設(shè)電源電壓 ，則 可見(jiàn)，B相燈泡電壓值要高于C相燈泡電壓值，B相燈泡比C相燈泡亮得多。由此可以判斷，若接電容相為A相，則燈泡較亮得為B相，較暗得相為C相。圖6-13（b）相量圖也可以

10、反映。 電子工業(yè)出版社6.5 三相電路的功率及測(cè)量 6.5 .1 三相電路的功率三相電路的瞬時(shí)功率 在對(duì)稱三相負(fù)載時(shí) 三相負(fù)載的有功功率等于各相負(fù)載的有功功率之和，即 對(duì)稱三相電路的有功功率為 電子工業(yè)出版社三相電路的功率(2)三相負(fù)載的無(wú)功功率 對(duì)稱三相電路時(shí)有 三相電路的視在功率 三相電路的功率因數(shù) 對(duì)稱三相電路時(shí)有 ，即與單相負(fù)載的功率因素相等 。三相負(fù)載吸收的復(fù)功率等于各相負(fù)載吸收的復(fù)功率之和 在對(duì)稱的三相電路中 電子工業(yè)出版社例6-5 一對(duì)稱三相負(fù)載，每相均為純電阻R=11，接入線電壓380V的對(duì)稱三相電源。問(wèn)（1）當(dāng)負(fù)載采用星形聯(lián)結(jié)時(shí)，從電源吸收的功率為多少？（2）若負(fù)載采用三角形

11、聯(lián)結(jié)，從電源吸收的功率又是多少? 解 （1）負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，其負(fù)載的相電壓為 由于純電阻負(fù)載 （2）負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載相電壓為 電子工業(yè)出版社6.5 .2 三相電路的功率的測(cè)量三相電路的功率可以用功率表進(jìn)行測(cè)量 兩個(gè)瓦特計(jì)測(cè)量電路功率的原理與方法 （a）三線制電路 (b)兩個(gè)功率表接線方式圖6-14 三相電路功率測(cè)量電子工業(yè)出版社兩個(gè)瓦特計(jì)測(cè)量電路功率(2) 如果負(fù)載是對(duì)稱三相電路,可以設(shè)A相電壓為參考: 必須把兩個(gè)表讀數(shù)相加，才是整個(gè)三相電路的功率。這里可以出現(xiàn)一個(gè)表的讀數(shù)為負(fù)的情況，即 的時(shí)候。兩功率表測(cè)量三相電路功率完全可以適用非對(duì)稱的三相電路 圖6-15電子工業(yè)出版社兩個(gè)瓦特計(jì)測(cè)

12、量電路功率(3) 對(duì)于對(duì)稱三相電路，兩個(gè)功率表測(cè)量功率時(shí)還可以得到一些相關(guān)的參數(shù)，如三相電路的無(wú)功功率、功率因數(shù)等。即 電子工業(yè)出版社例6-6 對(duì)稱三相電路，有三個(gè)功率表W1、W2、W，其聯(lián)結(jié)方式如圖所示。其中W1的讀數(shù)為6kW，W2的讀數(shù)為2kW，試求W讀數(shù)和整個(gè)電路的功率因數(shù)。已知電路的線電壓的有效值為380V，頻率為50Hz。解 設(shè)其線電壓為Ul 、線電流為Il ，根據(jù)W1，W2的接線方式，由本節(jié)的分析可知三相電路的有功功率為:P = W1W2 = 62 = 8(kW) 無(wú)功功率為由圖6-15的相量關(guān)系 電子工業(yè)出版社6.6 應(yīng)用 三相電路系統(tǒng)的用電安全保護(hù)接零 (a)工作零線兼作保護(hù)零線 ( b) 重復(fù)接地保護(hù) (c)專用保護(hù)線圖6-17 接零保護(hù)的三種形式 圖(a)為一般的接零保護(hù)，以工作零線兼作保護(hù)零線。工作原理：在當(dāng)電路的某相帶電部分觸及設(shè)備外殼時(shí)，通過(guò)外殼形成該相對(duì)零線的單相短路（稱碰殼短路），此時(shí)，短路電流很大可以使線路上保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切斷電源。 圖6-17(b)為重復(fù)接地保護(hù)，在進(jìn)入用戶端，一處或多處通過(guò)接地裝置再次與大地連接，接地電阻R2很小。該裝置除可以起到圖(a)的保護(hù)作用之外，還可以使在零線斷線、相線零線接錯(cuò)時(shí)所產(chǎn)生的危險(xiǎn)能夠快速反應(yīng)而斷電保護(hù)。 圖6-17(c)為專用保護(hù)線。與圖(b)的區(qū)別在于從電源的中性點(diǎn)處直接接出一根