電工 材料科學(xué)專業(yè)課程ppt 第3章 三相正弦交流電路

第3章三相正弦交流電路3.1三相交流電源3.2三相負(fù)載的連接3.3三相電路的功率3.4安全用電

三相電路序：

前面討論的單相正弦交流電路，是三相正弦交流電路中的一相。

目前世界上電力系統(tǒng)的供電方式，絕大多數(shù)采用的是三相制。

所謂三相制，是由三個(gè)頻率、大小相同,相位不同的正弦交流電壓源作為電源的供電體系。簡(jiǎn)稱三相交流電源。3.1

三相電壓

三相電源的產(chǎn)生三相交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造：定子、轉(zhuǎn)子。定子三個(gè)定子線圈完全相同，空間位置互差120度。U1U2V2V1W2W1轉(zhuǎn)子U1V2V1W2U2W1轉(zhuǎn)子三相電源的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子線圈通直流，并由機(jī)械力帶動(dòng)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。U1V2V1W2U2W1定子SN+-轉(zhuǎn)子磁通按正弦規(guī)律分布u1=Umsintu2=Umsin(t120)u3=Umsin(t240)=Umsin(t+120)也可用相量表示U1=U·0°U2=U·120°U3=U·120°轉(zhuǎn)子U1V2V1W2SNU2W1+-定子???三相電壓特征：三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)－－大小相等，頻率相同，相位互差120o。Um–Umu1u2u3t02以

u1

為參考正弦量，則有三相電壓對(duì)稱三相電壓的波形圖對(duì)稱三相電壓相量圖120°U1?U3?U2?120°120°三相交流電壓出現(xiàn)正幅值(或相應(yīng)零值)的順序稱為相序。在此相序?yàn)閡1

u2

u3

分析問題時(shí)一般都采用這種相序。3.1三相電壓三相電源的星形聯(lián)結(jié)–

+u31–

+u1N中性點(diǎn)或零點(diǎn)L1L2L3N–

+u12+–

u23u2–

+u3–

+相線中性線兩始端間的電壓稱為線電壓。其有效值用

U12、U23、U31

表示或一般用

Ul

表示。始端與末端之間的電壓稱為相電壓；其有效值用

U1

、

U2、U3

表示或一般用

Up

表示。線、相電壓之間的關(guān)系u12=u1

u2u23=u2

u3u31=u3

u13.1三相電壓三相電源的星形聯(lián)結(jié)線、相電壓之間的關(guān)系u12=u1

u2u23=u2

u3u31=u3

u1線、相電壓間相量關(guān)系式–

+u31–

+u1NL1L2L3N–

+u12+–

u23u2–

+u3–

+相量圖U1?U3?U2?30o30o30o三相負(fù)載對(duì)稱(三個(gè)相的復(fù)阻抗相等)不對(duì)稱(由多個(gè)單相負(fù)載組成)由三相電源供電的負(fù)載稱為三相負(fù)載三相四線制三角形聯(lián)接星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載采用何種聯(lián)結(jié)方式由負(fù)載的額定電壓決定。當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源線電壓時(shí)采用三角形聯(lián)結(jié)；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源相電壓時(shí)采用星形聯(lián)結(jié)。NL1L2L3Z3Z2Z1M3~3.2

三相電路中負(fù)載的聯(lián)結(jié)方法每相負(fù)載中的電流Ip

稱為相電流3.2

三相電路中負(fù)載的聯(lián)結(jié)方法1．星形聯(lián)結(jié)–

+u1Nu2–

+u3–

+i1Ni2i3iN電路及電壓和電流的參考方向如圖示每根相線中的電流Il

稱為線電流負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載線、相電流相等即Ip=Il則有每相負(fù)載中的電流3.2

三相電路中負(fù)載的聯(lián)結(jié)方法1．星形聯(lián)結(jié)–

+u1Nu2–

+u3–

+i1Ni2i3iN則有每相負(fù)載中的電流的有效值為各相負(fù)載的電壓與電流的相位差為中性線中的電流為1．星形聯(lián)結(jié)–

+u1u2–

+uC–

+Ni2i3iNL1L2L3Ni1圖中，負(fù)載不對(duì)稱相量圖圖中，若負(fù)載對(duì)稱，即U1?U3?U2?I1?I2?I3?IN?或由于電壓對(duì)稱，負(fù)載電流也對(duì)稱，即因此，中性線電流為零，即3.2

三相電路中負(fù)載的聯(lián)結(jié)方法1．星形聯(lián)結(jié)–

+u1Nu2–

+u3–

+i1Ni2i3iN負(fù)載對(duì)稱時(shí)，中性線電流為零，所以可以去掉中性線，成為三相三線制電路。ZZZ對(duì)稱負(fù)載電壓電流相量圖U1?U3?U2?I3?I1?I2?

[例1]圖中電源電壓對(duì)稱，Up=220V；負(fù)載為電燈組，在額定電壓下其電阻分別為R1=5，R2=10，R3=20。電燈額定電壓UN=220V。求負(fù)載相電壓、相電流及中性線電流。–

+u1Nu2–

+u3–

+i1Ni2i3iNR1R2R3L1L2L3

[解]

負(fù)載不對(duì)稱有中性線時(shí)(其上電壓若忽略不計(jì))，負(fù)載的相電壓與電源的相電壓相等。2200°I1=U1·R1=A=·5440°A220-120°I2=U2·R2=A=·10A22-120°220120°I3=U3·R3=A=·2011120°AIN=I1+I2+I3=··29.1-19°··

[例

2]在上例中，(1)L1相短路時(shí)，(2)L1相短路而中性線又?jǐn)嚅_時(shí)，試求各相負(fù)載的電壓。

[解]

(1)此時(shí)

L1

相短路電流很大將

L1

相中熔斷器熔斷，因有中性線L2、L3

兩相未受影響，其上電壓仍為

220

V。

(2)此時(shí)負(fù)載中點(diǎn)即為

L1，因此，負(fù)載各相電壓為–

+–

+–

+i1Ni2i3R1R2R3AL2L3NL1

在此情況下，L2、L3

兩相都超過了負(fù)載的額定電壓

220V，這是不允許的。

[例

3]

在例

2.8.1

中，(1)L1相斷開時(shí)，(2)

L1

相斷開而中性線又?jǐn)嚅_時(shí)，試求各相負(fù)載的電壓。–

+–

+–

+i1Ni2i3R1R2R3L1L2L3N

[解]

(1)此時(shí)

L1

相斷路，電流為

0。因有中性線

L2、L3

兩相未受影響，其上電壓仍為

220

V。

(2)此時(shí)電路成為單相電路，L2、L3

兩相串聯(lián)結(jié)在

380

V

的電源上，兩相電流相等。由于L2

相電阻為

10，故其上電壓約為

127

V，而L3

相電阻為

20，故其上電壓將約為

253

V。在此情況下，L2、L3

兩相的電壓均與負(fù)載的額定電壓

220

V

不同，將產(chǎn)生什么后果？如何避免此類情況發(fā)生？想一想中性線的作用是什么？在什么情況下可以沒有中性線？3.2

三相電路中負(fù)載的聯(lián)結(jié)方式2．三角形聯(lián)結(jié)(1)負(fù)載相電壓與電源線電壓之間的關(guān)系負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)電路如圖所示，各電壓電流參考方向已在圖中標(biāo)出。i3L1L3i2i1i12i23i31–

+u12–

+u23–

+u31L2|Z12||Z31||Z23|U12=U23=U31=Ul

(2)線、相電流之間的關(guān)系各相負(fù)載相電流有效值分別為各相負(fù)載的電壓與電流相位差分別為2．三角形聯(lián)結(jié)i3L1L3i2i1i12i23i31–

+u12–

+u23–

+u31L2|Z12||Z31||Z23|顯然三個(gè)線電流也對(duì)稱，若有效值用

Il

表示，則有

I1=I2=I3=Il，且

；相位上，線電流滯后相應(yīng)的相電流

30

。

(2)線、相電流之間的關(guān)系根據(jù)KCL，負(fù)載線、相電流之間的關(guān)系為若負(fù)載對(duì)稱，即|Z12|=|Z23|=|Z31|=|

Z

|和12=23=31=

則負(fù)載相電流也是對(duì)稱的，即I1?I2?I3?I31?I12?I23?U12?U31?U23?3.3

三相功率不論負(fù)載是何種聯(lián)結(jié)方式，總的有功功率必定等于各相功率之和。當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為P=3Pp=3UpIpcos注意是相電壓與相電流的相位差角。當(dāng)對(duì)稱負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)時(shí)，當(dāng)對(duì)稱負(fù)載是三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，由上述關(guān)系可得對(duì)稱負(fù)載的三相功率為注意仍是相電壓與相電流的相位差角。同理，可得2.9

非正弦周期電壓和電流實(shí)際電路中會(huì)遇到非正弦周期量，如下面所列舉的波形0t2Umu0t24Umu0t2Umu矩形波鋸齒波三角波設(shè)周期函數(shù)為f(t)，可以分解為下列傅里葉級(jí)數(shù)：式中，A0

為直流分量；第二項(xiàng)的頻率與非正弦周期函數(shù)的頻率相