電路基礎及應用第6章-三相電路課件

1、 第6章 三相電路學習導言一維線，二維面，三維空間；一生二，二生三，三生萬物。除了單相正弦交流電應用廣泛外，工業(yè)和城鄉(xiāng)供電系統(tǒng)中還廣泛應用三相交流電。 第6章 三相電路學習導言一維線，二維面，三維空間；知識點睛學習本章，要掌握的知識點是： 三相電源 三相三線制和三相四線制 形負載和Y形負載 相序測定和用電安全知識 知識點睛學習本章，要掌握的知識點是： 三相電源 本章目錄6.1 應用示例6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.3 三相負載Y形聯(lián)結(jié)6.4 三相負載聯(lián)結(jié)6.5 三相電路的功率及測量本章目錄6.1 應用示例6.1 應用示例在電力系統(tǒng)中，三相交流電路應用非常廣泛。如圖6-1所示，這種電路由三相電

2、源和三相負載構成。 圖6-1 三相電力傳送電路6.1 應用示例在電力系統(tǒng)中，三相交流電路應用非常廣泛。如圖6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.2.1 對稱三相電源三相電壓是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的。三相發(fā)電機主要由電樞和磁極構成。如圖6-2所示為一對磁極的三相發(fā)電機原理圖。圖6-2 三相發(fā)電機原理圖6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.2.1 對稱三相電源三相電壓當轉(zhuǎn)子按順時針方向勻速旋轉(zhuǎn)時，每相繞組依次切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢。這樣，我們就得到三個頻率相同、振幅相同、相位彼此相差120o的對稱三相電壓。如下所示它們對應的有效值相量為當轉(zhuǎn)子按順時針方向勻速旋轉(zhuǎn)時，每相繞組依次切割磁力線，產(chǎn)生感又由于所以

3、事實上，這三相電壓的瞬時值之和也為零，即又由于所以事實上，這三相電壓的瞬時值之和也為零，即三相電源的相量圖和波形圖如圖6-3所示。圖6-2 三相電源的相量圖和波形圖三相發(fā)電機各繞組中電壓達到零值(或極大值)的次序稱為相序。在圖6-2中，當轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)時，先是A相電壓uA達到零值，其次是B相電壓uB，最后是C相電壓uC，這樣的相序(ABC)稱為順序。若三相電源的相序為ACB，則稱為逆序。一般發(fā)電廠的發(fā)電機相序確定以后就不再改變。三相電源的相量圖和波形圖如圖6-3所示。圖6-2 三相電源6.2.2 三相電源Y形接法和接法如圖6-4所示，如果把定子繞組的末端X、Y、Z聯(lián)結(jié)在一起成為公共點N，稱為中

4、性點。從中性點引出的導線稱為中性線。從三相電源的首端A、B、C分別引出輸電線與負載相連，這三根線稱為相線（俗稱火線），也稱端線。這樣組成的三相電源就是星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源。圖6-4 星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源6.2.2 三相電源Y形接法和接法如圖6-4所示，如果把定相線與中性線之間的電壓（如 ）稱為相電壓。 各端線之間的電壓（如 ）稱為線電壓。若三相電壓大小相等，記為UP，則相線與中性線之間的電壓（如 ）稱為相電壓。 各端線之間的電壓從而三相線電壓可見，在星形聯(lián)結(jié)時，若相電壓對稱，則線電壓也對稱。若用UL表示線電壓有效值的大小，則從而三相線電壓可見，在星形聯(lián)結(jié)時，若相電壓對稱，則線電壓也

5、對三個線電壓大小相等，相位互差120o。若相電壓為220V，則線電壓為380V。各相電壓和線電壓的相量圖如圖6-5所示。 圖6-5 星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源相電壓與線電壓相量圖三個線電壓大小相等，相位互差120o。若相電壓為220V，則所以星形聯(lián)結(jié)的三相電源線電壓是相電壓的 倍，相位超前相應的相電壓30o。即所以星形聯(lián)結(jié)的三相電源線電壓是相電壓的 倍，相位超前相應的如果把定子繞組的首尾順序連接，從各連接點A、B、C分別引出相線，這樣就構成了三角形（ 形）聯(lián)結(jié)的三相電源，如圖6-6所示。顯然，這種接法沒有中性點，線電壓等于相電壓。即UL=UP圖6-6 三角形（形）聯(lián)結(jié)的三相電源 如果把定子繞組

6、的首尾順序連接，從各連接點A、B、C分別引出相6.3 三相負載Y形聯(lián)結(jié)在三相供電系統(tǒng)中，三相負載也有星形（Y形）和三角形（形）兩種聯(lián)結(jié)形式。先說明Y形聯(lián)結(jié)的情況。如圖6-7所示為三相四線制電路。其中，N為Y形聯(lián)結(jié)電源的中性點，N為負載的中性點。 圖6-7 三相四線制電路6.3 三相負載Y形聯(lián)結(jié)在三相供電系統(tǒng)中，三相負載也有星形（以N為參考點，由節(jié)點電壓法，得 各相端線上的電流為以N為參考點，由節(jié)點電壓法，得 各相端線上的電流為如果三相負載是對稱的，即 ，又因為三相電源是對稱的，即所以中性線兩端電壓和中性線電流分別為三相電路中，流過各相負載的電流稱為相電流，流過各相端線的電流稱為線電流。很顯然，

7、Y形聯(lián)結(jié)電路線電流等于相電流，若線電流用 IL表示，相電流用 IP表示，則 如果三相負載是對稱的，即 ，又因為三相電源是對稱的，即所以中例6-1 如圖6-8所示電路，設線電壓為380V，每相電壓Up=220V，三相負載分別為這時三相負載不對稱。 。（1）試求各相電流和中性線電流；（2）當中性線斷開時，求NN間電壓；（3）A相短路，中性線斷開時，求負載各相電壓。 圖6-8 例6-1圖例6-1 如圖6-8所示電路，設線電壓為380V，每相電解 （1）設 ，則各相負載電流 故中線電流為解 （1）設 ，則各相負載電流 故中線電流為（2）中性線斷開時，由節(jié)點電壓法，NN間電壓（3）此時，N為A點，故負載

8、各相電壓為可見，B相和C相的負載承受的電壓都超過額定的220V，這是不允許的。同時，我們注意到，中性線可以使星形聯(lián)結(jié)的不對稱負載的相電壓對稱。所以，為了保證負載的相電壓對稱，不能讓中性線斷開。 （2）中性線斷開時，由節(jié)點電壓法，NN間電壓（3）此時，N6.4 三相負載形聯(lián)結(jié)負載以三角形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖6-9所示。這是一種三相三線制接法。各相負載的相電壓就等于電源線電壓，即圖6-9 負載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路6.4 三相負載形聯(lián)結(jié)負載以三角形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖6-9各相負載的相電流為各線電流為各相負載的相電流為各線電流為當負載對稱時，即 ，相電流和線電流也是對稱的。分析可得線電流的有效值大小為線

9、電流和相電流的大小、相位關系為所以，線電流滯后對應相電流30o，線電流有效值大小是相電流的倍。 當負載對稱時，即 ，相電流和線電流也是對稱的。分析可得線電流例6-2 如圖6-11所示電路，三角形接法的三相對稱負載接于線電壓有效值的三相電源上，負載每相電阻 感抗 。試求負載的相電壓、相電流及線電流。圖6-11 例6-2圖例6-2 如圖6-11所示電路，三角形接法的三相對稱負載解 以A相負載的相電壓作為參考相量，負載的相電壓分別為負載的阻抗為則負載的相電流分別是解 以A相負載的相電壓作為參考相量，負載的相電壓分別為負載的負載的線電流分別是所以各電壓、電流的大小關系為負載的線電流分別是所以各電壓、電

10、流的大小關系為6.5 三相電路的功率及測量6.5.1 三相電路的功率三相電路的平均功率等于各相平均功率之和，即式中， 、分別是A、B、C各相相電壓和相電流的相位差。 當負載是對稱時，由于三相總功率為 6.5 三相電路的功率及測量6.5.1 三相電路的功率三相電當對稱負載為星形聯(lián)結(jié)時當對稱負載為三角形聯(lián)結(jié)時不論三相對稱負載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，我們總能得到用線電壓和線電流表示的三相功率表達式上式中的 角仍然是相電壓和相電流之間的相位差。 當對稱負載為星形聯(lián)結(jié)時當對稱負載為三角形聯(lián)結(jié)時不論三相對稱負例6-3 如圖6-12所示三相星形連接的負載，每相負載 三相線電壓有效值為380 V，試求各相電

11、流和負載吸收的功率。圖6-12 例6-3圖解 因三相電路對稱，故相電壓例6-3 如圖6-12所示三相星形連接的負載，每相負載 設A相電壓初相為 ，于是 A相的電流B相、C相電流大小與A相相等，相位互差120o，即各負載阻抗角為 ，故 。負載吸收的功率 設A相電壓初相為 ，于是 A相的電流B相、C相電流大小與A相6.5.2 三相電路的功率測量對于三相四線制的星形聯(lián)結(jié)電路，我們常采用三只單相瓦特表進行測量，這種測量方法叫做三瓦計法或者三表法。如圖6-13所示。瓦特表W1、W2、W3分別測量A、B、C三相的平均功率PA、PB、PC，則總功率為圖6-13 三表法測量功率電路6.5.2 三相電路的功率測

12、量對于三相四線制的星形聯(lián)結(jié)電路，對于三相三線制電路，通常用兩只瓦特表測量功率，稱為二瓦計法或者二表法。如圖6-14所示，功率表W1和W2的測量值分別是PA和PB。三相電路的總功率等于PA和PB的代數(shù)和。其中， 是 和 的相位差角， 是 和 的相位差角。 圖6-14 二表法測量功率電路 對于三相三線制電路，通常用兩只瓦特表測量功率，稱為二瓦計法或應用實例6-1 安全用電 在低壓配電系統(tǒng)中采用的保護措施有兩種。當?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)變壓器中性點不接地時，采用接地保護。當?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)變壓器中性點接地時，采用接零保護。接地保護是為了防止觸電事故而裝設的接地。如電氣設備不帶電的金屬外殼、支架及其與之相連的金屬部

13、分的接地就屬于保護接地。 接零保護是在中性點接地的三相四線制電網(wǎng)中電氣設備采用的保護方法。 應用實例6-1 安全用電 在低壓配電系統(tǒng)中采用的保護措家用電器一般采用三腳插頭和三眼插座。三眼插座的正確接法如圖6-15所示。圖6-15 三眼插座的正確接法家用電器一般采用三腳插頭和三眼插座。三眼插座的正確接法如圖66-2 相序測定交換電源的相序可以改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。三相電源的相序測定可根據(jù)中性點偏移的原理來測定。 圖6-16 相序測定電路 測定相序的電路如圖6-16所示。先在A相中接入一個電容C=1F，B、C兩相分別接入一個參數(shù)為220V、40W的白熾燈泡。根據(jù)理論分析，燈較亮的一相應為B相， B

14、相電壓高于C相電壓，燈泡暗的一相為C相，它的相位滯后燈泡亮的B相，B相又滯后接電容的A相。這就測定了相序。6-2 相序測定交換電源的相序可以改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。三相6-3 民用住宅供電系統(tǒng)一般來說，住宅供電系統(tǒng)的任務是從電源通過電力網(wǎng)絡合理地分配給各用電設備，如圖6-17所示。 圖6-17 民用住宅供電系統(tǒng)6-3 民用住宅供電系統(tǒng)一般來說，住宅供電系統(tǒng)的任務是從電源下面，我們簡單介紹諧波對電網(wǎng)的危害。 在電力、電子系統(tǒng)中經(jīng)常會產(chǎn)生正弦量的諧波信號。所謂諧波，是一個周期電量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。例如，市電頻率為50 Hz，以此為基波，則2次諧波為100 Hz , 3次諧波為1

15、50 Hz，以此類推。由于諧波頻率高于基波頻率，故常稱為高次諧波。很多設備如電動機、變壓器、冶煉電弧爐、微波爐、變頻裝置、大容量晶閘管整流設備等都會在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生高次諧波，使電流波形畸變。 下面，我們簡單介紹諧波對電網(wǎng)的危害。 在電力、電子系統(tǒng)中經(jīng)常諧波對用電設備的危害主要有以下幾種。 (1)對電機的影響。高次諧波成分會使電機的鐵心和繞組產(chǎn)生的附加損耗增加。 (2)對變壓器的影響。諧波電流會使變壓器的銅耗增加，使繞組過熱。 (3)對輸電線路的影響。諧波電流會使輸電線路的附加損耗增加。 (4)對電力電容器的影響。諧波電壓升高，會使電容器的損耗增大，加速電容器的老化，從而發(fā)生故障，或者使電容器過載、過電壓而不能正常工作。抑制諧波的措施，主要是在諧