三相電路1課件

本章要求：

1.搞清對稱三相負(fù)載Y和△聯(lián)結(jié)時相線電壓、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.掌握對稱三相電路電壓、電流及功率的計算。第4章三相交流電路本章要求：第4章三相交流電路1

本章作業(yè)

P146:4.24.44.64.74.94.11本章作業(yè)P146:4.224.1三相正弦交流電源三相電路在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛。發(fā)電、輸配電和主要電力負(fù)載，一般都采用三相制。

三相電路由三相電源、三相負(fù)載和三相輸電線路三部分組成。輸電方面：比單項輸電節(jié)省鋼材25％；配電方面：三相變壓器經(jīng)濟便于接入負(fù)載；運電設(shè)備：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行可靠、維護方便。發(fā)電方面：比單項電源可提高功率50％；三相電路的優(yōu)點研究三相電路要注意其特殊性4.1三相正弦交流電源三相電路在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛3

圖4.1.1三相交流發(fā)電機示意圖1.對稱三相電壓的產(chǎn)生工作原理：動磁生電

圖4.1.2三相繞組示意圖圖4.1.3電樞繞組及其電動勢定子轉(zhuǎn)子W2U1U2V2NSW1-+V1???(尾端)+u1u3U2U1V1W1W2(首端)++–

–V2u2++__eeU1U2?+_u1(stator)(rotor)4.1三相正弦交流電源圖4.1.1三相交流發(fā)電機示意圖1.對稱三相電壓的產(chǎn)4三相對稱電動勢的產(chǎn)生t0u1u2u3

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+??+?+

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+??+?+

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+??+?+

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+??+?+

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+?++??

XAYCBZSN+?++??

U2U1V2W2V1W1

SN+??+?+u1相u2相u3相三相對稱電動勢的產(chǎn)生t0u1u2u3XAYCBZSN+?5相量表示相量圖E2E1..120°120°120°E3.最大值相等頻率相同相位互差120°稱為對稱三相電壓特征：對稱三相電壓的瞬時值之和為0三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱為相序。供電系統(tǒng)三相交流電的相序為U1

V1

W1相量表示相量圖E2E1..120°120°120°E3.最大6相量圖波形圖u0u1u2u32

120°240°360°U2U1..120°120°120°U3.相量表示三相對稱正弦電壓的表示方法：相量圖波形圖u0u1u2u32120°240°360°U72.三相電源的星形聯(lián)結(jié)

(starconnection)

(1)聯(lián)接方式中性線(零線、地線)中性點端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓Ul(linevoltage)(phasevoltage)、UpU2V2W2NL2L3L1u1+–u3+–u2+––+–++––+–+–+2.三相電源的星形聯(lián)結(jié)(starconnection8(2)線電壓與相電壓的關(guān)系根據(jù)KVL定律由相量圖可得L1U2V2W2NL2L3u1+–u3+–u2+–+–+–+––+–+–+注意規(guī)定的正方向相量圖30°(2)線電壓與相電壓的關(guān)系根據(jù)KVL定律由相量圖可得L1U9同理三相電源的三角形聯(lián)結(jié)

(triangularconnection)–++–+L2L1L3–同理三相電源的三角形聯(lián)結(jié)–++–+L2L1L3–104.2

三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載不對稱三相負(fù)載：不滿足Z1=Z2

=

Z3

如由單相負(fù)載組成的三相負(fù)載對稱三相負(fù)載：Z1=Z2=

Z3

如三相電動機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：需三相電源同時供電

三相電動機等三相負(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。4.2三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載不對稱三相負(fù)載：不滿足11三相負(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。L2電源L3保險絲三相四線制380/220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L1三相負(fù)載連接原則

（1）電源提供的電壓=負(fù)載的額定電壓；

12

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，線電流等于相電流。Y0：三相四線制(1)聯(lián)結(jié)形式N電源中性點N′負(fù)載中性點+Z2Z3Z1N'N++–––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131)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：(2)

負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計算+Z2Z3Z1N'N++–––4)中線電流

負(fù)載Y聯(lián)結(jié)帶中性線時,可將各相分別看作單相電路計算1)負(fù)載端的線電壓＝電源線電壓3)線電流＝相電流Y聯(lián)結(jié)14Y

聯(lián)結(jié)時：(2)

負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計算+Z2Z3Z1N'N++–––Y聯(lián)結(jié)時：(2)負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計算+Z2Z3Z115(3)

對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路+Z2Z3Z1N'N++–––(3)對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路+Z2Z3Z1N'N++––16負(fù)載對稱時,中性線無電流,可省掉中性線。所以負(fù)載對稱時，三相電流也對稱。

負(fù)載對稱時，只需計算一相電流,其它兩相電流可根據(jù)對稱性直接寫出。(3)

對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路+Z2Z3Z1N'N++–––Y:三相三線制負(fù)載對稱時,中性線無電流,可省掉中性線。所以負(fù)載對稱時17L3N+++–––N

R1R2R3L1L2若R1=R2=R3=5

，求線電流及中性線電若R1=5,R2=10,R3=20,求線電流及

一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對稱。設(shè)電源線電壓。負(fù)載為電燈組，流IN;中性線電流IN。例1:L3N+++–––NR1R2R3L1L2若R1=R2=R18解：已知：(1)線電流

三相對稱中性線電流L3N+++–––N

R1R2R3L1L2解：已知：(1)線電流三相對稱中性線電流L3N++19(2)三相負(fù)載不對稱（R1=5

、R2=10、R3=20）

分別計算各線電流中性線電流(2)三相負(fù)載不對稱（R1=5、R2=10、R320例2:求例1電路中性線斷開時負(fù)載的相電壓及相電流。則結(jié)點電壓解：設(shè)負(fù)載電壓NN

R2R3.R1+++++++–––––––例2:求例1電路中性線斷開時負(fù)載的相電壓及相電流。則結(jié)點電壓21可見：

1.不對稱三相負(fù)載做星形聯(lián)結(jié)且無中性線時,三相負(fù)載的相電壓不對稱。

2.照明負(fù)載三相不對稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線上不允許接刀閘和熔斷器?？梢姡?2例3：照明系統(tǒng)故障分析解:

(1)

L1相短路1)中性線未斷

此時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，求各相負(fù)載電壓；中性線斷開時，求各相負(fù)載電壓。

(2)L1相斷路:中性線未斷時，求各相負(fù)載電壓；中性線斷開時，求各相負(fù)載電壓。

L1L2NL3N′i1i3i2+++–––短路例3：照明系統(tǒng)故障分析解:(1)L1相短路1)中性線未23

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,

此時負(fù)載中性點N′即為L1,因此各相負(fù)載電壓為

L1L2NL3N′i1i3i2+++–––短路此情況下，L2相和L3相的電燈組由于承受電壓24(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)閱蜗嚯娐?，如圖(b)所示,由圖可求得

L1L2NL3N′i1i3i2+++–––IL2L3U′1U′2+––+(b)(a)(2)L1相斷路2)中性線斷開L2、L3相燈25(3)照明負(fù)載三相不對稱，必須采用三相四線制電方

式，且中性線（指干線）內(nèi)不允許接熔斷器或刀

閘開關(guān)。負(fù)載不對稱Y聯(lián)結(jié)又未接中性線時，負(fù)載相電壓不再對稱，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)三相不對稱負(fù)載的相

電壓對稱。結(jié)論(3)照明負(fù)載三相不對稱，必須采用三相四線制電方負(fù)載不對稱26練習(xí)：在圖示三相四線制照明電路中，各相負(fù)載電阻不等。試問：（1）若中線未斷開，測得I1=2A，I2=4A，I3=4A，則中性線電流IN=?（2）若中線在“×”處斷開，后果是什么？（定性回答）。（3）若中性線未斷開，L1相電燈均未點額定電壓，并設(shè)L1相電壓，則中線電流（畫出向量圖）練習(xí)：在圖示三相四線制照明電路中，各相負(fù)載電阻不等。試問：271.聯(lián)結(jié)形式4.3三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)(triangularconnection)Z12Z23Z31L1L3L2+++–––線電流:

流過端線的電流相電流:

流過每相負(fù)載的電流

、、1.聯(lián)結(jié)形式4.3三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)(triang282.分析計算(1)負(fù)載相電壓=電源線電壓即:UP

=UL

一般電源線電壓對稱，因此不論負(fù)載是否對稱，負(fù)載相電壓始終對稱,即U12=U23=U31=Ul=UP線電流不等于相電流Z12Z23Z31L1L3L2+++–––(2)相電流相電流：線電流：2.分析計算(1)負(fù)載相電壓=電源線電壓即:UP=29相量圖231231233130°負(fù)載對稱時,相電流對稱，即2(3)線電流由相量圖可求得為此線電流也對稱，即。

線電流比相應(yīng)的相電流滯后30

。相量圖231231233130°負(fù)載對稱時,相電流對稱，即30三相負(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)。

三相電動機繞組可以聯(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）。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)314.4三相負(fù)載的功率無論負(fù)載為Y或△聯(lián)結(jié)，每相有功功率都應(yīng)為

Pp=Up

Ip

cos對稱負(fù)載

聯(lián)結(jié)時：同理對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時：相電壓與相電流的相位差當(dāng)負(fù)載對稱時：P=3UpIpcos所以4.4三相負(fù)載的功率無論負(fù)載為Y或△聯(lián)結(jié)，每相有功功32(1)

為相電壓與相電流的相位差角(阻抗角)，不要誤以為是線電壓與線電流的相位差。(2)

cos

為每相的功率因數(shù)，在對稱三相制中三相功率因數(shù)：cos

1=cos

2=cos

3=cos

。(3)

公式計算電源發(fā)出的功率(或負(fù)載吸收的功率)。

注意：(1)為相電壓與相電流的相位差角(阻抗角)，不要誤以33對稱三相負(fù)載的瞬時功率)cos(2

cos2

11φtIitUu-==ww設(shè)])240

2(cos[

cos])240

2(cos[

coso333o222jwjjwj-++==--+==tUIUIiuptUIUIiup)

2(cos

[cos

)

(os

cos2

111φtφUIφtctUIiup-+=-==www則單相：瞬時功率脈動三相：瞬時功率恒定

wtpO3UIcos

pwtOUIcos

電動機轉(zhuǎn)矩:m

p可以得到均衡的機械力矩。避免了機械振動。對稱三相負(fù)載的瞬時功率)cos(2cos2344.4.2功率的測量1單相交流和直流功率的測量通常用電動式儀表來測量功率功率表的接線圖電壓線圈電流線圈ui2

i1=i+–**負(fù)載固定線圈：匝數(shù)少，導(dǎo)線粗，與負(fù)載串聯(lián)，作為電流線圈?？蓜泳€圈：匝數(shù)多，導(dǎo)線細(xì)，與負(fù)載并聯(lián)，作為電壓線圈。工作原理：I2正比U，且可認(rèn)為i2與u同相所以：4.4.2功率的測量1單相交流和直流功率的測量通常用354.4.2功率的測量2.三相功率的測量

在三相三線制中，廣泛采用兩功率表來測量三相功率。i1W1W2****i2i3L1L2L3兩功率表測量三相功率工作原理：三相瞬時功率：所以，p=u1i1+u2i2+u3(–i1–

i2)

i3=(u1–u3)

i1+(u2–u3)

i2

=u13i1+u23i2=p1+p2p=p1+p2+p3=u1i1+u2i2+u3i3因為，i1+i2+i3=0可見，三相功率可用兩個功率表來測量。4.4.2功率的測量2.三相功率的測量在36式中為u13和i1之間的相位差。W1的讀數(shù)為W2的讀數(shù)為式中為u23和i2之間的相位差。兩功率表讀數(shù)之和為

P

=P1+P2=U13I1cos

+U23I2cos

i1W1W2****i2i3L1L2L3式中為u13和i1之間的相位差。W1的讀數(shù)為W2的3730o

當(dāng)負(fù)載對稱時，

P1=U13I1cos

=Ul

Il

cos(30o–

)

P2=U23I2cos

=Ul

Il

cos(30o+

)

由相量圖可知，兩功率表的讀數(shù)為兩功率表讀數(shù)之和為P

=P1+P2=Ul

Il

cos(30o–

)+Ul

Il

cos(30o+

)當(dāng)

<60o時，P1和P2均為正值，P=P1+P2當(dāng)

>60o時，P1為正值，P2為負(fù)值，P=P1–P2

三相功率應(yīng)是兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和，其中任意一個功率表的讀數(shù)是無意義的。30o當(dāng)負(fù)載對稱時，P1=U13I1co38****ABC

三相功率表的連接圖

實用中，常用一個三相功率表（二元功率表）代替兩個單相功率表來測量功率，注意：1.只有在三相三線制條件下，才能用二表法，且不論負(fù)載對稱與否。2.兩塊表讀數(shù)的代數(shù)和為三相總功率，每塊表單獨

讀數(shù)無意義。3.按正確極性接線時，二表中可能有一個表的讀數(shù)為

負(fù)，此時功率表指針反轉(zhuǎn)，將其電流線圈極性反接

后，指針指向正數(shù)，但此時讀數(shù)應(yīng)記為負(fù)值。

4.負(fù)載對稱情況下，有：P1=Ul

Il

cos(30o–

)P2=Ul

Il

cos(30o+

)****ABC三相功率表的連接圖實用中，常用39若W1的讀數(shù)為P1,W2的讀數(shù)為P2

，則三相總功率為：三相負(fù)載W1L1L2L3****W2P=P1+P2三相負(fù)載W2L1L2L3****W1三相負(fù)載W1L1L2L3****W2若W1的讀數(shù)為P1,W2的讀數(shù)為P2，則三相總功率為：40求：(1)線電流和電源發(fā)出的總功率；

(2)用兩表法測電動機負(fù)載的功率，畫接線圖，求兩表讀數(shù)。解例1

：已知Ul=380V，Z1=30+j40

，電動機P=1700W，cos

=0.8(感性)。(1)DL1L2L3Z1求：(1)線電流和電源發(fā)出的總功率；解例1：已知U41電動機負(fù)載：總電流：電動機負(fù)載：總電流：42表W1的讀數(shù)P1：DABCZ1(2)兩表的接法如圖W1****W2P1=U13I12cos

1=3803.23cos(30-36.9

)

=1218.5W表W2的讀數(shù)P2：P2=U23I22cos

2=3803.23cos(–90

+156.9)

=3803.23cos(30+36.9

)=

481.6W=P-P1表W1的讀數(shù)P1：DABCZ1(2)兩表的接法如圖W1**43正誤判斷對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)

+Z2Z3Z1N'N++–––正誤判斷對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)+Z2Z3Z1N'N++–––44對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)

正誤判斷對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)正誤判斷45

例1:有一三相電動機，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機的相電流、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

=380V的三相電源上；(2)繞組聯(lián)成三角形接于UL=220V的三相電源上。解:(1)例1:有一三相電動機，每相的等效電阻R=29，46(2)比較(1)、(2)的結(jié)果:

有的電動機有兩種額定電壓,如220/380V。當(dāng)電源電壓為380V時,電動機的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成星形；當(dāng)電源電壓為220V時,電動機的繞組應(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、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。(2)比較(1)、(2)的結(jié)果:有的電動機有兩種額定47

練習(xí):已知對稱三相電路線電壓Ul，問負(fù)載接成Y和各從電網(wǎng)獲取多少功率？解:結(jié)論(2)若負(fù)載的相電壓不變，則不論怎樣連接其功率不變。RURUUPlll2

33

:Y==接RURUUPlll23

33

:==D接R2R3R1N'R2R3R1(1)當(dāng)負(fù)載由Y改接成時，若線電壓不變，則由于相電壓與相電流增大倍，所以功率增大3倍。練習(xí):已知對稱三相電路線電壓Ul，問負(fù)載接成Y和各從電網(wǎng)48例2:各負(fù)載的相電流

由于三相負(fù)載對稱，所以只需計算一相，其它兩相可依據(jù)對稱性寫出。

線電壓Ul為380V的三相電源上，接有兩組對稱三相負(fù)載：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。L2L3L1設(shè)解：例2:各負(fù)載的相電流由于三相負(fù)載對稱，所以只需計算49星形聯(lián)接的負(fù)載，其線電流為三角形聯(lián)接的負(fù)載，其相電流為(2)電路線電流一相電壓與電流的相量圖如圖所示L2L3L1星形聯(lián)接的負(fù)載，其線電流為三角形聯(lián)接的負(fù)載，其相電流為(2)50一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-351

三相對稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，UL

=220V，當(dāng)S1、

S2均閉合時，各電流表讀數(shù)均為17.32A，三相功率

P=4.5kW，試求:

1)每相負(fù)載的電阻和感抗；

2)S1合、S2斷開時，各電流表讀數(shù)和有功功率P；

3)S1斷、S2閉合時，各電流表讀數(shù)和有功功率P。例3：Z31AAAS1S2Z12Z23L3L1L2三相對稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，UL=52或：P=I2RP=UIcos

tan

=XL/R

解：(1)由已知條件可求得Z31AAAS1S2Z12Z23L3L1L2或：P=I2R解：(1)由已知條件可求得Z31AA532)S1閉合、S2斷開時

I1=I3=10AI2

=17.32A

流過L1、L3相電流表的電流變?yōu)橄嚯娏鱅P，流過L2相電流表的電流仍為線電流IL

。因為開關(guān)s均閉合時

每相有功功率P=1.5kW

當(dāng)S1合、S2斷時，Z12、Z23

的相電壓和相電流不變，則P12、P23不變。P=P12+P23

=3kWS1AAAS2Z12Z31Z23L3L1L22)S1閉合、S2斷開時I1=I3=10A543)S1斷開、S2閉合時變?yōu)閱蜗嚯娐穁12Z23Z31L1L3I3I2I3仍為相電流

IP

，

I2變?yōu)?/2

IP

。

I2

變?yōu)?/2

IP，所以L1L2、L2L3

相的功率變?yōu)樵瓉淼?/4

。

P=1/4P12+1/4P23+P31

=0.375W+0.375W+1.5W