三相交流電路

1、三相交流電路第1頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日第5章 三相電路本章要求： 1. 搞清對(duì)稱三相負(fù)載Y和聯(lián)結(jié)時(shí)相線電壓、相線 電流關(guān)系; 2. 掌握三相四線制供電系統(tǒng)中單相及三相負(fù)載的正 確聯(lián)接方法，理解中線的作用; 3. 掌握對(duì)稱三相電路電壓、電流及功率的計(jì)算。 第2頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日W1U2V1U1V2SN+_+W2 圖5.1.1 三相交流發(fā)電機(jī)示意圖5.1 三相電壓1. 三相電壓的產(chǎn)生工作原理：動(dòng)磁生電+_eeU1U2 圖5.1.2 三相繞組示意圖圖5.1.3 每相電樞繞組定子轉(zhuǎn)子(尾端)+e1e2e3U1(首端)+ U2V2V

2、1W1W2第3頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日三相電壓瞬時(shí)表示式相量表示鐵心（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）三相繞組匝數(shù)相同空間排列互差120: 直流勵(lì)磁的電磁鐵定子轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)第4頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日相量圖波形圖相量表示U2U1 . .120120120U3 .三相電壓瞬時(shí)表示式uOu1u2u32120240360第5頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值之和為 0三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱為相序。最大值相等頻率相同相位互差120稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)三個(gè)正弦交流電動(dòng)勢(shì)滿足以下特征供電系統(tǒng)三相交流電的相序?yàn)?/p>

3、 L1 L2 L3 第6頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日N L2 L3L1NU1V1W12. 三相電源的星形聯(lián)結(jié)(1) 聯(lián)接方式中性線(零線、地線)中性點(diǎn)端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點(diǎn)通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機(jī)每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓 Up Ul+第7頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日(2)線電壓與相電壓的關(guān)系根據(jù)KVL定律由相量圖可得相量圖 30L1NL2L3+第8頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日同理3. 三相電源的三角形聯(lián)結(jié)+L2L1L3第9頁，共39頁，2022年，5

4、月20日，0點(diǎn)11分，星期日5.2 負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路三相負(fù)載不對(duì)稱三相負(fù)載： 不滿足 Z1 =Z2 = Z3 如由單相負(fù)載組成的三相負(fù)載對(duì)稱三相負(fù)載：Z1=Z2= Z3 如三相電動(dòng)機(jī)1. 三相負(fù)載分類單相負(fù)載：只需一相電源供電 照明負(fù)載、家用電器負(fù)載三相負(fù)載：需三相電源同時(shí)供電 三相電動(dòng)機(jī)等三相負(fù)載的聯(lián)接 三相負(fù)載也有 Y和 兩種接法，至于采用哪種方法 ，要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和電源電壓確定。第10頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日三相負(fù)載連接原則 (1) 電源提供的電壓=負(fù)載的額定電壓； (2) 單相負(fù)載盡量均衡地分配到三相電源上。L1L2電源L3保險(xiǎn)絲三相四線制3

5、80/220伏N 額定相電壓為220伏的單相負(fù)載 額定線電壓為380伏的三相負(fù)載第11頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日+NN+Z1Z2Z3 2. 負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路線電流：流過端線的電流相電流：流過每相負(fù)載的電流結(jié)論： 負(fù)載 Y聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流。Y: 三相三線制Y0：三相四線制(1) 聯(lián)結(jié)形式N 電源中性點(diǎn)N負(fù)載中性點(diǎn)第12頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日(2) 負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算1)負(fù)載端的線電壓電源線電壓2)負(fù)載的相電壓電源相電壓3)線電流相電流Y 聯(lián)結(jié)時(shí)：4)中線電流負(fù)載 Y 聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí), 可將各相分別看作單相電路計(jì)算

6、+NN+Z1Z2Z3第13頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日+NN+Z1Z2Z3負(fù)載對(duì)稱時(shí),中性線無電流,可省掉中性線。(3)對(duì)稱負(fù)載Y 聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算所以負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相電流也對(duì)稱。 負(fù)載對(duì)稱時(shí)，只需計(jì)算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對(duì)稱性直接寫出。第14頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日例1：燈組，若R1=R2= R3 = 5 ，求線電流及中性線電流IN ; 若R1=5 , R2=10 , R3=20 ,求線電流及中性 一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對(duì)稱。設(shè)電源線電壓 。負(fù)載為電線電流 IN 。N+NR1R2R3L1L2L3第15頁，共39頁，

7、2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日中性線電流解：已知：(1) 線電流 三相對(duì)稱N+NR1R2R3L1L2L3第16頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日(2) 三相負(fù)載不對(duì)稱（R1=5 、R2=10 、R3=20 ） 分別計(jì)算各線電流中性線電流第17頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日例2：照明系統(tǒng)故障分析解: (1) A相短路1) 中性線未斷 此時(shí) L1 相短路電流很大, 將L1相熔斷絲熔斷, 而 L2 相和 L3 相未受影響，其相電壓仍為220V, 正常工作。 在上例中，試分析下列情況 (1) L1相短路: 中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓； 中性

8、線斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。 (2) L1相斷路: 中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓； 中性線斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。 R1R3R2L1L2NL3N第18頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日 L1L2NL3Ni1i3i2+ 此情況下，L2相和L3相的電燈組由于承受電壓上所加的電壓都超過額定電壓(220V) ，這是不允許的。 2) L1相短路, 中性線斷開時(shí), 此時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)N即為L1, 因此負(fù)載各相電壓為第19頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日 (2) L1相斷路 2) 中性線斷開 L2 、 L3相燈仍承受220V電壓, 正常工作。1) 中性線未斷變?yōu)閱蜗嚯?/p>

9、路，如圖(b)所示, 由圖可求得iL2L3u2u3+(b) R1R3R2L1L2NL3N第20頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日結(jié)論 （1）不對(duì)稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)又未接中性線時(shí)，負(fù)載相電壓不再對(duì)稱，且負(fù)載電阻越大，負(fù)載承受的電壓越高。 （2） 中線的作用：保證星形聯(lián)結(jié)三相不對(duì)稱負(fù)載的相電壓對(duì)稱。 （3）照明負(fù)載三相不對(duì)稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線（指干線）內(nèi)不允許接熔斷器或刀閘開關(guān)。 第21頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日1. 聯(lián)結(jié)形式5.3 負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路線電流: 流過端線的電流相電流: 流過每相負(fù)載的電流 、 、L1+L2L3i

10、1i2i3Z31Z12Z23第22頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日線電流不等于相電流(2) 相電流(1) 負(fù)載相電壓=電源線電壓即: UP = Ul 一般電源線電壓對(duì)稱，因此不論負(fù)載是否對(duì)稱，負(fù)載相電壓始終對(duì)稱, 即2. 分析計(jì)算相電流：線電流： U12=U23=U31=Ul=UPL1+i1i2i3Z31Z12Z23L2L3第23頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日相量圖23123130負(fù)載對(duì)稱時(shí), 相電流對(duì)稱，即23(3) 線電流由相量圖可求得為此線電流也對(duì)稱，即 。 線電流比相應(yīng)的相電流滯后30。231231第24頁，共39頁，2022年，5月2

11、0日，0點(diǎn)11分，星期日三相負(fù)載的聯(lián)接原則負(fù)載的額定電壓 = 電源的線電壓應(yīng)作 聯(lián)結(jié)負(fù)載的額定電壓 = 電源線電壓應(yīng)作 Y 聯(lián)結(jié) 應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無關(guān)。 三相電動(dòng)機(jī)繞組可以聯(lián)結(jié)成星形，也可以聯(lián)結(jié)成三角形，而照明負(fù)載一般都聯(lián)結(jié)成星形(具有中性線)。第25頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日5.4 三相功率無論負(fù)載為 Y 或聯(lián)結(jié)，每相有功功率都應(yīng)為 Pp= Up Ip cosp對(duì)稱負(fù)載 聯(lián)結(jié)時(shí)： 同理對(duì)稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時(shí)：相電壓與相電流的相位差當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)：P = 3Up Ipcosp所以第26頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11

12、分，星期日 有一三相電動(dòng)機(jī), 每相的等效電阻R = 29, 等效 感抗XL=21.8, 試求下列兩種情況下電動(dòng)機(jī)的相電流、 線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得的結(jié)果： (1) 繞組聯(lián)成星形接于Ul =380 V的三相電源上; (2) 繞組聯(lián)成三角形接于Ul =220 V的三相電源上。例1:解:(1)第27頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日(2) 比較(1), (2)的結(jié)果: 有的電動(dòng)機(jī)有兩種額定電壓, 如220/380 V。當(dāng)電源電壓為380 V時(shí), 電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成星形；當(dāng)電源電壓為220 V時(shí), 電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成三角形。在三角形和星形兩種聯(lián)結(jié)法中, 相電壓

13、、相電流以及功率都未改變，僅三角形聯(lián)結(jié)情況下的線電流比星形聯(lián)結(jié)情況下的線電流增大 倍。第28頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日例2:各電阻負(fù)載的相電流 由于三相負(fù)載對(duì)稱，所以只需計(jì)算一相，其它兩相可依據(jù)對(duì)稱性寫出。L1L2L3 線電壓Ul為380 V的三相電源上，接有兩組對(duì)稱三相電源：一組是三角形聯(lián)結(jié)的電感性負(fù)載，每相阻抗 ; 另一組是星形聯(lián)結(jié)的電阻性負(fù)載，每相電阻R =10, 如圖所示。試求：各組負(fù)載的相電流；(2) 電路線電流；(3) 三相有功功率。設(shè)解：第29頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日負(fù)載星形聯(lián)接時(shí)，其線電流為負(fù)載三角形聯(lián)解時(shí)，其相電流

14、為(2) 電路線電流一相電壓與電流的相量圖如圖所示第30頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日一相電壓與電流的相量圖如圖所示(3) 三相電路的有功功率-30o-67o-46.7o第31頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日 三相對(duì)稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，Ul =220V，當(dāng)S1、 S2 均閉合時(shí)，各電流表讀數(shù)均為17.3A，三相功率 P = 4.5 kW，試求: 1) 每相負(fù)載的電阻和感抗； 2) S1合、S2斷開時(shí), 各電流表讀數(shù)和有功功率P； 3) S 1斷、S 2閉合時(shí), 各電流表讀數(shù)和有功功率P。例3：AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第32頁

15、，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日或：P =I 2R P =UIcostg =XL / R 解：(1) 由已知條件可求得AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第33頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日(2) S1閉合、S2斷開時(shí) I1 = I3 = 10A I2 =17.32 A 流過電流表 L1 、 L3的電流變?yōu)橄嚯娏?IP，流過電流表L2 的電流仍為線電流Il 。因?yàn)殚_關(guān)S均閉合時(shí) 每相有功功率 P =1.5 kW 當(dāng) S1合、S2斷時(shí)，Z12、Z23 的相電壓和相電流不變，則P12、P23不變。P = P12+P23 = 3 kWAZ31A

16、AS1S2Z12Z23L3L1L2第34頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日I2 = 0A (3) S1斷開、 S2閉合時(shí)變?yōu)閱蜗嚯娐穁12Z23Z31L1L3I1I2 I1 仍為相電流 IP ， I2 變?yōu)?1/2 IP 。 I1=I3 =10 A+ 5 A= 15A I2 變?yōu)?1/2 IP，所以 L1L2、 L2L3 相的功率變?yōu)樵瓉淼?/4 。 P = 1/4 P12+ 1/4 P23 +P31 = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kWAZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第35頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星

17、期日 某大樓為日光燈和白熾燈混合照明，需裝40瓦 日光燈210盞(cos1=0.5)，60瓦白熾燈90盞(cos2=1), 它們的額定電壓都是220V，由380V/220V的電網(wǎng)供電。試分配其負(fù)載并指出應(yīng)如何接入電網(wǎng)。這種情況下,線路電流為多少？例4：解: (1) 該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖NL130盞+70盞L2L3第36頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日解: (1) 該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖V (2) 計(jì)算線電流U .設(shè) =220 0NL130盞+70盞L2L3第37頁，共39頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)11分，星期日L1N三層二層一層+L2L3例5： 某大樓電燈發(fā)生故障，第二層樓和第三層樓所有電燈都