1.1-三相交流電路-星形連接和三角形連接課件

1、第 1 章 三相交流電路 三相交流電源與三相負(fù)載第1頁(yè)，共34頁(yè)。授課日期：2010.9 班次：08建筑1、2、3班 授課時(shí)數(shù)：3 第1章 三相交流電路 教學(xué)目的： 了解三相交流電的產(chǎn)生； 理解三相電源的特點(diǎn)； 掌握三相電路中相電壓、相電流、線電壓、線電流的關(guān)系重點(diǎn)： 三相電路中相電壓、相電流、線電壓、線電流的關(guān)系 難點(diǎn)： 與重點(diǎn)相同 教學(xué)過(guò)程： 1.1 三相電源與三相負(fù)載 1.1.1 三相交流電的產(chǎn)生 1. 定義 2. 特點(diǎn) 3. 產(chǎn)生 1.1.2 三相電源與三相負(fù)載的連接 1.三相電源的星形聯(lián)結(jié) 2. 三相電源的三角形聯(lián)結(jié) 3.三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié) 4. 三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié) 5.典型例題分

2、析第2頁(yè)，共34頁(yè)。 電能可以由熱能（火力發(fā)電）、核能（核能發(fā)電）、水能（水力發(fā)電）、風(fēng)能（風(fēng)力發(fā)電）、太陽(yáng)能（太陽(yáng)能電站）、地?zé)崮艿绒D(zhuǎn)換而得。第 1 章 三相交流電路 在電力系統(tǒng)中，電力是由發(fā)電廠生產(chǎn)的，它是將自然界蘊(yùn)藏的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能（二次能源）的工廠。 第3頁(yè)，共34頁(yè)。1火力發(fā)電廠 火力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱火電廠，它是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能來(lái)生產(chǎn)電能的。我國(guó)的火電廠主要是燃煤。煤粉在鍋爐的爐膛內(nèi)充分燃燒，將鍋爐內(nèi)的水燒成高溫高壓的蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使與它聯(lián)軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是：鍋爐燃料的化學(xué)能熱能汽輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能第4頁(yè)，共34頁(yè)。(蒸汽管道)（冷凝器

3、)（河流或水庫(kù)）（變電所）輸送帶（渦輪）（煤炭供應(yīng) ）（鍋爐）（大煙囪） （發(fā)電機(jī)） （冷卻水）第5頁(yè)，共34頁(yè)。2水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠簡(jiǎn)稱水電廠或水電站。（它是利用水流的位能來(lái)生產(chǎn)電能的。當(dāng)控制水流的閘門(mén)打開(kāi)時(shí)，水流沿進(jìn)水管進(jìn)入水輪機(jī)蝸殼室，沖動(dòng)水輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。） 其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是：水流位能水輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能第6頁(yè)，共34頁(yè)。烏江渡發(fā)電廠 高165米 水力發(fā)電廠的容量大小決定于上下游的水位差（簡(jiǎn)稱水頭）和流量的大小。 因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫(kù)以調(diào)節(jié)河水流量.第7頁(yè)，共34頁(yè)。 世界第一大的水電工程，位于

4、西陵峽中段的湖北省宜昌市境內(nèi)的三斗坪，距下游葛洲壩水利樞紐工程38公里。三峽大壩工程包括主體建筑物工程及導(dǎo)流工程兩部分，工程總投資為954.6億元人民幣。 1994年12月14日正式動(dòng)工修建，2006年5月20日全線建成。2010年7月19日，三峽大壩迎來(lái)了一次峰值在65000立方米/秒左右的洪水?？氨?998年長(zhǎng)江三峽河段的最高峰值，這也是三峽水庫(kù)建成以來(lái)所面臨的規(guī)模最大的一次洪水挑戰(zhàn)。 三峽大壩鳥(niǎo)瞰圖 大壩為混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)3035米，壩頂高程185米，正常蓄水位175米，總庫(kù)容393億立方米，其中防洪庫(kù)容221.5億立方米，能夠抵御百年一遇的特大洪水。配有26臺(tái)發(fā)電機(jī)的兩個(gè)電站年均

5、發(fā)電量849億度。航運(yùn)能力從原有的1000萬(wàn)噸提高到5000萬(wàn)噸，萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)可直達(dá)重慶，同時(shí)運(yùn)輸成本也將降低35。 第8頁(yè)，共34頁(yè)。3核能發(fā)電廠 核能發(fā)電廠又稱為原子能發(fā)電廠，簡(jiǎn)稱為核電廠或核電站。它主要是利用原子核的裂變能來(lái)生產(chǎn)電能。 它的生產(chǎn)過(guò)程與火電廠基本相同，主要區(qū)別是以核反應(yīng)堆（俗稱原子鍋爐）代替了燃煤鍋爐，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是： 反應(yīng)堆核裂變能熱能汽輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能 俄國(guó)懸浮核能發(fā)電廠第9頁(yè)，共34頁(yè)。4、風(fēng)力發(fā)電廠 5、地?zé)岚l(fā)電廠 第10頁(yè)，共34頁(yè)。6、太陽(yáng)能發(fā)電廠第11頁(yè)，共34頁(yè)。1.1.1 三相交流電的產(chǎn)生1三相交流電路的定義 由三相交流

6、電源供電的電路稱為三相交流電路。 所謂三相交流電路是指由三個(gè)頻率相同、最大值（或有效值）相等、在相位上互差120電位角的單相交流電動(dòng)勢(shì)組成的電路，這三個(gè)單相交流電動(dòng)勢(shì)稱為三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)。第 1 章 三相交流電路第12頁(yè)，共34頁(yè)。1.1.1 三相交流電的產(chǎn)生2三相交流電有何特點(diǎn)？?jī)?yōu)點(diǎn)：（1）三相交流發(fā)電機(jī)比功率相同的單相交流發(fā)電機(jī)體積小、重量輕、成本低；（2）電能輸送，當(dāng)輸送功率相等、電壓相同、輸電距離一樣，線路損耗也相同時(shí)，用三相制輸電比單相制輸電可大大節(jié)省輸電線有色金屬的消耗量，即輸電成本較低。三相輸電的用銅量?jī)H為單相輸電用銅量的 ；（3）目前獲得廣泛應(yīng)用的三相異步電動(dòng)機(jī)，是以三相交流電作

7、為電源，它與單相電動(dòng)機(jī)或其它電動(dòng)機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、性能良好和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。因此在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，三相交流電路獲得廣泛應(yīng)用。3三相交流電如何產(chǎn)生的？ 三相交流電的產(chǎn)生就是指三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生。三相交流電動(dòng)勢(shì)由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，它是在單相交流發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，如圖1.1所示。第13頁(yè)，共34頁(yè)。圖1.1 三相交流發(fā)電機(jī) 1.1.1 三相交流電的產(chǎn)生 磁極放在轉(zhuǎn)子上，一般均由直流電通過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)。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)子磁場(chǎng)而感應(yīng)出三相交流電動(dòng)勢(shì)。 這三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的三角函數(shù)表達(dá)式為 轉(zhuǎn)子直流電第14頁(yè)，共34頁(yè)。 其波形

8、圖如圖1.2（a）所示，相量圖如圖1.2（b）所示。圖1.2 三相交流電動(dòng)勢(shì) 從圖1.2（a）中可以看出，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 在圖1.2（b）中還可看出三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)的相量和也等于零，即 1.1.1 三相交流電的產(chǎn)生第15頁(yè)，共34頁(yè)。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)。1.1.2 三相電源與負(fù)載的連接 案例1.2 發(fā)電站由三相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，通過(guò)三相輸電線傳輸、分配給不同的用戶。 如：工廠的用電設(shè)備一般為三相低壓用電設(shè)備，功率較大；家庭用電設(shè)備一般為單相低壓用電設(shè)備，功率較小。 問(wèn)題

9、：我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)或看到過(guò)三相三線制供電方式和三相四線制供電方式。它們有何不同？如何連接？ 三相交流發(fā)電機(jī)實(shí)際有三個(gè)繞組，六個(gè)接線端，我們目前采用的是將這三相交流電按照一定的方式，連接成一個(gè)整體向外送電的。連接的方法通常為星形和三角形。(一) 三相電源的連接：第16頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接根據(jù)使用方法的不同，電力系統(tǒng)的負(fù)載可以分成兩類(lèi)。 一類(lèi)是象電燈這樣有兩根出線的，叫做單相負(fù)載，又如：電風(fēng)扇、收音機(jī)、電烙鐵、單相電動(dòng)機(jī)等都是單相負(fù)載； 一類(lèi)是象三相電動(dòng)機(jī)的這樣的有三個(gè)接線端的負(fù)載，叫做三相負(fù)載。 在三相負(fù)載中， 如果每相負(fù)載的電阻均相等，電抗也相等（均為容抗或均為感抗），則稱

10、為三相對(duì)稱負(fù)載； 如果各相負(fù)載不同，就是三相不對(duì)稱負(fù)載，如三相照明電路中的負(fù)載。 負(fù)載也和電源一樣可以采用兩種不同的連接方法，即： 星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。(二) 三相負(fù)載的連接：第17頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接圖1.3 三相電源的星形聯(lián)結(jié)（有中性線） 三相繞組末端相連的一點(diǎn)稱中性點(diǎn)，一般用“N”表示。 從中點(diǎn)引出的線叫中性線（簡(jiǎn)稱中線），由于中線一般與大地相連， 通常又稱為地線（或零線）。 從首端U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)線稱相線（或端線）。由于它與大地之間有一定的電位差，一般又通稱火線。2）中點(diǎn)、中性線、相線： 將電源的三相繞組末端U2、V2、W2連在一起，首端U1、V1

11、、W1分別與負(fù)載相連，這種方式就叫做星形聯(lián)結(jié)。其接法如圖1.3所示。 1）星形聯(lián)結(jié)：（1）基本概念 1三相電源的星形聯(lián)結(jié)（Y接）第18頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接圖1.3 三相電源的星形聯(lián)結(jié)（有中性線） 由三根火線和一根地線所組成的輸電方式稱三相四線制。 （通常在低壓配電系統(tǒng)中采用）。只由三根火線所組成的輸電方式稱三相三線制。 （在高壓輸電時(shí)采用較多）。 3）輸電方式：1三相電源的星形聯(lián)結(jié)（Y接）第19頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接（2）三相電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓關(guān)系1）相電壓 2）線電壓 相電壓與線電壓參考方向的規(guī)定： 相電壓的正方向是由首端指向中點(diǎn)N，例如電壓

12、是由首端U1指向中點(diǎn)N 線電壓的方向， 如 是由首端U1指向首端V1。如圖1.3所示。 即每個(gè)繞組的首端與末端之間的電壓。相電壓的有效值用 表示； 、 即各繞組首端與首端之間的電壓，即任意兩根相線之間的電壓叫做線電壓，其有效值分別用 表示。 、圖1.3 三相電源的星形聯(lián)結(jié)（有中性線） 第20頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接故兩端線U和V之間的線電壓應(yīng)該是兩個(gè)相應(yīng)的相電壓之差，即 線電壓大小利用幾何關(guān)系可求得為：同理可得： 結(jié)論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的 倍，其公式為圖1-4 電源星型聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖 3）線電壓UL與相電壓UP的關(guān)系 三相電源Y形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓相量圖，如圖1

13、.4所示。三個(gè)相電壓大小相等，在空間各相差120。第21頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接 平常我們講電源電壓為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。 第22頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接 2三相電源的三角形聯(lián)結(jié)（接） （1）基本概念 如圖1.5所示，將電源一相繞組的末端與另一相繞組的首端依次相連（接成一個(gè)三角形），再?gòu)氖锥薝1、V1、W1分別引出端線，這種連接方式就叫三角形聯(lián)結(jié)。第23頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接

14、（2）三相電源三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的電壓關(guān)系所以，三相電源三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，電路中線電壓的大小與相電壓的大小相等即： 由圖 可見(jiàn)由相量圖5.6 可以看出，三個(gè)線電壓之和為零，即： 同理可得，在電源的三相繞組內(nèi)部三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的相量和也為零，即第24頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接3三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié) （1）接線特點(diǎn) 如圖：為三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)電路圖，它的接線原則與電源的星形聯(lián)結(jié)相似，即將每相負(fù)載末端連成一點(diǎn)N（中性點(diǎn)N），首端U、V、W分別接到電源線上。中線電流對(duì)應(yīng)的相量式為第25頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接圖5.7的接線方式是只有三根相線，而沒(méi)有中性線的電路，即三相三線制，圖5.8

15、的接線方式除三根相線外，在中性點(diǎn)還接有中性線，即三相四線制。 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，故凡有照明、單相電動(dòng)機(jī)、電扇、各種家用電器的場(chǎng)合，也就是說(shuō)一般低壓用電場(chǎng)所，大多采用三相四線制。第26頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接（2）電壓、電流關(guān)系 線電壓 ：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 ：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； 線電流 ：流過(guò)每根相線上的電流叫線電流； 相電流 ：流過(guò)每相負(fù)載的電流叫相電流； 中線電流 ：流過(guò)中線的電流叫中線電流。 對(duì)于三相電路中的每

16、一相而言，可以看成一個(gè)單相電路，所以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。第27頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接（3）三相四線制的特點(diǎn)是：1）相電流 等于線電流 ，即2）加在負(fù)載上的相電壓 和線電壓 之間有如下關(guān)系3）流過(guò)中性線N的電流 為 當(dāng)三相電路中的負(fù)載完全對(duì)稱時(shí)，在任意一個(gè)瞬間，三個(gè)相電流中，總有一相電流與其余兩相電流之和大小相等，方向相反，正好互相抵消。所以，流過(guò)中性線的電流等于零。 因此，在三相對(duì)稱電路中，當(dāng)負(fù)載采用星形聯(lián)結(jié)時(shí)，由于流過(guò)中性線的電流為零，故三相四線制就可以變成三相三線制供電。第28頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接

17、4三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)（1）接線特點(diǎn) 將三相負(fù)載分別接在三相電源的每?jī)筛嗑€之間的接法，稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)，如圖5.10所示。第29頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接（2）電壓、電流關(guān)系 由于三角形聯(lián)結(jié)的各相負(fù)載是接在兩根相線之間，因此負(fù)載的相電壓就是線電壓。假設(shè)三相電源及負(fù)載均對(duì)稱，則三相電流大小均相等：第30頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接 三個(gè)相電流在相位上互差120度，圖5.11畫(huà)出了它們的相量圖，并假定電壓超前電流一個(gè)角度。所以，線電流分別為： 由圖5.11通過(guò)幾何關(guān)系不難證明 。從矢量圖中還可看到線電流和相電流不同相，線電流滯后相應(yīng)的相電流一個(gè)30 電角。第31頁(yè)，共34頁(yè)。1.12 三相電源與負(fù)載的連接2）線電流 是相電流 的 倍，即 在三相三線制電路中，根據(jù)KCL，把整個(gè)三相負(fù)載看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)的話，則不論負(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)值之和或三個(gè)線電流的相量和總是等于零，即 例1.1 有三個(gè)100的電阻，將它們聯(lián)結(jié)星形或三角形，分別接到線電壓為380的對(duì)稱三相電源上。試求：線電壓、相電壓、線電流和相