第三章三相交流電路

第三章三相交流電路§3.1三相交流電源§3.2三相負(fù)載的聯(lián)接§3.3三相電路的功率第三章三相正弦交流電路下一頁返回本章

三相交流供電系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和用電方面與單相相比有造價低、節(jié)省金屬材料、性能好等許多優(yōu)點，發(fā)電廠均以三相交流方式向用戶供電。本章介紹三相交流電的供電方式、三相負(fù)載用電的聯(lián)接方式及三相電功率。上一頁下一頁返回本章1.概念由三個幅值相等、頻率相同、相位互差120o的單相交流電動勢按一定方式連接起來所構(gòu)成的電源稱為三相交流電源。由三相電源構(gòu)成的電路稱為三相交流電路。三相交流電源一般來自三相交流發(fā)電機(jī)或變壓器副邊的三相繞組。三相交流發(fā)電機(jī)的基本原理如圖3-1所示§3.1三相交流電源上一頁下一頁返回本章W1V2NSV1W2圖3-1三相交流發(fā)電機(jī)原理圖U2U1上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)

發(fā)電機(jī)的固定部分稱為定子,其鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有溝槽,放置結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2。它們的空間位置互差120o，分別稱為U相、V相、W相,工程上以黃、綠、紅三種顏色標(biāo)志。引出線的始端用U1、

V1、

W1表示，末端用U2、

V2、W2表示。2.三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

轉(zhuǎn)動的磁極稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有直流勵磁繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動機(jī)拖動作勻速轉(zhuǎn)動時，三相定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場而產(chǎn)生三相交流電動勢。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)

將三個繞組的末端U2、

V2、W2

連在一起引出一根連線稱為中性線（若接地又稱為零線），三個繞組的始端U1、

V1、

W1分別引出的三根線稱為端線L1、L2、L3（中性線接地時又稱為火線）,這種聯(lián)接稱為電源的星形聯(lián)接。如圖3-2所示3.三相電源的聯(lián)接3.1三相電源的星形聯(lián)接上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuW圖3-2電源的星形聯(lián)接上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)相電壓:電源每相繞組兩端的電壓稱為電源相電壓。參考方向規(guī)定從繞組始端指向末端，用uU、uV、uW表示，有效值用UP表示。三相四線制:由三根端線和一根中線所組成的供電方式稱為三相四線制。三相三線制:只用三根端線組成的供電方式稱為三相三線制。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)三相電源瞬時值表達(dá)式為：波形圖和相量圖如圖3-3所示。相電壓對稱。（3-1）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)0wt2πuWuVuUuπ(a)相電壓的波形圖(b)相量圖120012001200圖3-3三相電源相電壓的波形圖和相量圖上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)

電源任意兩根端線之間的電壓稱為線電壓，用uUV、uVW、uWU

表示，如圖3-4所示。V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuWuUVuVWuWU圖3-4上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)線電壓和相電壓之間的關(guān)系為：（3-2）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)三個線電壓對稱。如圖3-5所示UUV．－UＵ．30°30o30oUWU．UVW．UＶ．UＵ．－UＶ．－UＷ．Uｗ．圖3-5相電壓與線電壓的相量圖上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)用UL表示線電壓的有效值（3-3）線電壓為相電壓的倍。（3-4）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)

線電壓的相位導(dǎo)前對應(yīng)的相電壓相位30o

。線電壓、相電壓均為對稱電壓。通常情況下三相四線制低壓供電系統(tǒng)線電壓為380V，相電壓為220V。3.2三相電源的三角形聯(lián)接如果將三相發(fā)電機(jī)的三個繞組依次首（始端）尾（末端）相連，接成一個閉合回路，則可構(gòu)成三角形聯(lián)接。從三個連接點引出的三根線即為三根端線。如圖3-6所示。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)圖3-6三相電源的三角形聯(lián)接WU1(W2)V1(U2)W1(V2)UVuWUuUVuVW上一頁下一頁返回本章返回本節(jié).UW＝UWU.UU.＝UUV..UV＝UVW.圖3-7線電壓等于相電壓

當(dāng)三相電源作三角形聯(lián)接時，只能是三相三線制，而且線電壓等于相電壓。

UP=UL上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)§

3.2三相負(fù)載的聯(lián)接負(fù)載有單相負(fù)載與三相負(fù)載之分．對于單相負(fù)載，應(yīng)根據(jù)其額定電壓接入電路。若負(fù)載所需的電壓是電源的相電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與中線之間。如圖3-8(a)|ZU||ZV||ZW|圖3-8

(a)UVWN上一頁下一頁返回本章

若負(fù)載所需的電壓是電源的線電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與端線之間。如圖3-8(b)

|ZUV||ZVW||ZWU|UVWN圖3-8（b)上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)三相負(fù)載有兩種情況：一種是將三個（或三組）單相負(fù)載分別接到三相電源的每一相上，組成三相負(fù)載。另一種是負(fù)載本身就是要求三相電源供電的三相負(fù)載。例如三相交流電動機(jī)、三相電爐等．按照電源與負(fù)載聯(lián)接方式不同，三相電源與負(fù)載有四種接法，即：Y-Y、Y-△、△-Y、△-△。但對用戶來講，電源繞組如何連接并不太關(guān)心。只討論三相負(fù)載本身的聯(lián)接：星形（Y）聯(lián)接和三角形（△

）聯(lián)接。若三相電源上接入的負(fù)載完全相同（阻抗值相等、阻抗角相等），稱為三相對稱負(fù)載。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)圖3-9負(fù)載的星形聯(lián)接N|ZU||ZW||ZV|UVWUVNWuUuWuViN1.三相負(fù)載的星形聯(lián)接上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)圖3-9中每相負(fù)載兩端的電壓是電源的相電壓（UUN、UVN、UWN）。每相負(fù)載中的電流稱為相電流IP（IUN、IVN、IWN）。每根端線上的電流稱為線電流IL（IU、IV、IW）。中線上的電流稱為中線電流IN。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)各相負(fù)載電流的有效值為（3-5）各端線電流等于對應(yīng)的相電流（3-6）中線電流為（3-7）（3-8）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)中線電流的計算（1）對稱三相負(fù)載阻抗值相等、阻抗角相等且為同性質(zhì)的負(fù)載。（3-9）（3-10）（3-11）

各相電流大小相等，相位依次互差1200

，電流瞬時值代數(shù)和、相量和均為零上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)wt0

iWNiVNiUNi(a)波形圖t2t1UW．UV．UＵ．（b）相量圖圖3-10對稱三相負(fù)載星形聯(lián)接時電流波形圖和相量圖星形聯(lián)接的對稱三相負(fù)載,中性線可以省去。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)如圖3-11所示,三相負(fù)載R=XL=XC=22Ω,電源相電壓UP=220V,求中線電流.UVW

NRXCXLi1iNi3i2N

圖3-11例3-1圖例1:(2)不對稱三相負(fù)載當(dāng)三相負(fù)載不對稱時,中性線有電流,可以從相量圖中或相量復(fù)數(shù)運算中分析求解.上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)電阻負(fù)載上的電流和相位（電流電壓同相位）電感負(fù)載上的電流和相位（電壓超前電流900）電容負(fù)載上的電流和相位（電流超前電壓900）解：上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)圖3-12不對稱負(fù)載中性線電流相量圖相量圖如圖3-12所示上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)中性線電流有效值中性線電流IN與相電流I1的相位相反三相負(fù)載不對稱時，中性線電流不為零，中性線不能省，必須采用三相四線制供電。上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)UVWWVU圖3-13負(fù)載的三角形聯(lián)接2.負(fù)載的三角形聯(lián)接上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)每相負(fù)載兩端的電壓都是電源的線電壓，各負(fù)載中流過的電流為負(fù)載的相電流。其有效值為（3-14）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)各端線電流與各相電流的關(guān)系：

設(shè)三相負(fù)載為感性負(fù)載,每相負(fù)載上的電流均滯后對應(yīng)的電壓φ角。（3-15）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)圖3-14三相對稱感性負(fù)載三角形聯(lián)接時各相電流及各線電流的相量圖上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)

從圖3-1４相量圖中可知,三個相電流和三個線電流均是數(shù)值相等、相位互差120o的三相對稱電流?？梢宰C明，線電流和相電流存在如下關(guān)系。（3-16）上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)三相對稱負(fù)載，每相R=6Ω,XL=8Ω,接到UL=380V的三相四線制電源上，試分別計算負(fù)載作星形、三角形聯(lián)接時的相電流、線電流。每相負(fù)載的阻抗相電流線電流例2:解：負(fù)載作星形聯(lián)接時，每相負(fù)載兩端的電壓等于電源的相電壓上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)負(fù)載作三角形聯(lián)接時，每相負(fù)載兩端的電壓是電源的線電壓相電流線電流上一頁下一頁返回本章返回本節(jié)§3.3三相電路的功率

從元件的電磁性能考慮，任意線性無源二端網(wǎng)絡(luò)的平均功率（有功功率）等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電阻的平均功率之和，而無功功率等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有電感和電容的無功功率之和。同樣，三相負(fù)載的有功功率等于各相負(fù)載的有功功率之和，三相負(fù)載的無功功率等于各相負(fù)載的無功功率之和。1．三相負(fù)載的有功功率上一頁下一頁返回本章分別為各相負(fù)載的功率因數(shù)．

若