電工電子第4章 三相交流電路.ppt

1、第4章 三相交流電路,4.1 三相電源,4.2 三相交流電路的分析,4.3 三相電路的功率,4.4 安全用電常識,第4章目錄,三相交流電路,三相電壓,三相交流電路在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛。發(fā)電和輸配電一般都采用三相制。在供電方面，最主要的電源是三相發(fā)電機。,三相電壓是由三相發(fā)電機產(chǎn)生的頻率相同、幅值相等、相位依次互差120的三相對稱正弦電壓，若以uA為參考正弦量，則,也可用相量表示,4.1.1 三相正弦交流電的產(chǎn)生,A,X,e,e,B,Y,e,e,C,Z,e,e,(1) t=0時,A相繞組的感 應(yīng)電動勢達到最大。,(2) t=120時,B相繞組的 感應(yīng)電動勢達到最大。,(3) t=240時,C相繞

2、組的 感應(yīng)電動勢達到最大。,4.1 三相電源,三相交流發(fā)電 機結(jié)構(gòu)示意圖,各相繞組中感應(yīng)電動勢的參考方向,+,+,+,對稱三相電動勢,eA,A,X,eB,B,Y,eC,C,Z, t,0,2,eA= Emsin t,eB= Emsin ( t120),eC= Emsin ( t+120),對稱三相電動勢的幅值相等, 頻率相同, 相位依次相差120,相序A-B-C,+,+,+,uC,以uA為參考正弦量，則有,三相電壓,對稱三相電壓的波形圖,對稱三相電壓相量圖,120,120,120,三相交流電路分析時一般都采用這種相序。,N,中點 或零點,相線,中性線,兩條相線之間的電壓 稱為線電壓。 其有效值用

3、 UAB、UBC、 UCA表示或一 般用Ul 表示。,電源三相繞組首端與末端之間的電壓稱為相電壓; 其有效值用UA 、 UB、 UC表示或一般用UP 表示。,線、相電壓之間的關(guān)系,4.1.2 三相電源的星形聯(lián)接,A,B,C,發(fā)電機繞組星形聯(lián)接, 可提供兩種數(shù)值(有效值)的電壓。,相電壓,線電壓,中性線,相線,相線,相線,4.1.2 三相電源的星形聯(lián)接,電源繞組星形聯(lián)接時線電壓與相電壓的關(guān)系,相電壓,線電壓,Ul = UP,在大小關(guān)系上，線電壓是相電壓的 倍， 在相位上, 線電壓比相應(yīng)的相電壓超前30 。,例4.1.1 發(fā)電機繞組星形聯(lián)接，線電壓,解：由相量圖得,UP= Ul /,uA + uB

4、 + uC = 0,提供一組三相對稱電壓,4.1.3 三相電源的三角形聯(lián)接,由于三相電壓對稱，三相電壓之和等于零,由三相電源供電的負載稱為三相負載,三 相 四 線 制,三角 形聯(lián) 接,星形聯(lián)接,三相負載采用何種聯(lián)接方式由負載的額定電壓決定。,當負載額定電壓等于電源線電壓時采用三角形聯(lián)接。,當負載額定電壓等于電源相電壓時采用星形聯(lián)接；,4.2 三相交流電路的分析,4.2. 1 負載的聯(lián)接,A,B,C,N,不對稱負載,當單相負載 的額定電壓等 于電源的相電 壓時，應(yīng)將負 載接在相線與 中性線之間。,三相四線制電路,4.2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,星形聯(lián)接,每相負載中的電流Ip稱為相電流,4.

5、2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,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,負載為星形聯(lián)接時，,負載線、相電流相等,即,4.2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,設(shè) 為參考正弦量,則有,每相負載中的電流,設(shè) 為參考正弦量,則有,每相負載中的電流的有效值為,各相負載的電壓與電流的相位差為,中性線中的電流為,4.2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,1、對稱負載星形聯(lián)接的三相電路,圖中，若負載對稱，即,或,因為電壓對稱，負載電流也對稱，即,因此，中線電流為零，即,4.2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,+,N,+,+,N,負載對稱時，中線電流為 零，所以可以去掉中線，成 為三相三線制電路。

6、,Z,Z,Z,負載對稱時電壓、電流的相量圖,1、對稱負載星形聯(lián)接的三相電路,4.2. 2 負載星形聯(lián)接的三相電路,負載不對稱時電壓、電流的相量圖,圖中，若負載不對稱，即各相負載的復數(shù)阻抗不相同，則各相負載的相電流不對稱。,2、不對稱負載星形聯(lián)接的三相電路,A,B,C,N,當負載的額定電壓等于電源的線電壓時，應(yīng)將負載 接在兩根相線之間，形成三角形聯(lián)接。,4.2.3 負載三角形聯(lián)接的三相電路,A,B,C,ZBC,ZCA,ZAB,三相負載三角形聯(lián)接時，負載的相電壓等于電源的線電壓。因此，不論負載對稱與否，其相電壓總是對稱的。,相電流,線電流,對稱負載三角形聯(lián)接,A,B,C,ZBC,ZCA,ZAB,Z

7、AB =ZBC= ZCA =Z=Z ,負載線、相電流之間的關(guān)系,根據(jù)KCL，負載線、相電流 之間的關(guān)系為,若負載對稱，即,和,則負載相電流也是對稱的，即,顯然三個線電流也對稱，若有 效值用Il表示，則有IA= IB= IC= Il，且 ；相位上，線電流滯 后相應(yīng)的相電流30o 。,iC,A,B,C,iB,iA,iAB,iBC,iCA,+,uAB,+,uBC,+,uCA,ZAB,ZBC,ZCA,對稱負載三角形 聯(lián)接時，電壓、 電流的相量圖,4.3.1 一般三相電路的功率,1.有功功率：P =PA+ PB+ PC ,2.無功功率：Q =QA+ QB+ QC ，QA= UAPIAPsin A,PA=

8、 UAPIAPcos A,1.有功功率：P = 3PA= 3UP IP cos,4.3 三相電路的功率,4.3.2 對稱三相電路的功率,注意:式中的 角仍為相電壓與相電流之間的相位差。,三相功率,不論負載是何種聯(lián)接方式，總的有功功率必定等于各相 功率之和。當負載對稱時，三相總功率為,注意是相電壓與相電流的相位差角,當對稱負載是星形聯(lián)接時，,當對稱負載是三角形聯(lián)接時，,由上述關(guān)系可得對稱負載的三相功率為,注意仍是相電壓與相電流的相位差角,同理，可得,A,B,C,N,ZA,ZB,ZC,例: 在有中性線和無中性線兩種情況下，分析A相負載發(fā)生短路或斷路時電路的工作情況。,（1）有中性線 , A相負載發(fā)

9、生短路,FU,僅A相熔斷器熔斷, B相、C相負載仍正常工作。,N,A,B,C,FU,FU,解：,A,B,N,ZA,ZB,（2）無中性線 , A相負載發(fā)生短路,FU,B相、C相負載承受電源線電壓，IB、 IC增大，, FU不一定熔斷, B相、C相負載將會損壞。,N,A,B,C,ZC,C,FU,FU,A,B,N,ZA,ZB,（3）有中性線, A相斷路,S,B相、C相負載正常工作。不受影響。,FU,N,A,B,FU,FU,（4）無中性線 , A相斷路,A,B,N,ZA,ZB,S,FU,N,A,B,FU,FU,從上面的例題可以看出:,(1) 負載不對稱而又沒有中性線時,負載的相電壓就 不對稱,有的相的

10、電壓高于負載的額定電壓,有的 低于負載的額定電壓, 這都是不允許的。三相負 載的相電壓必須對稱。,(2) 不對稱負載星形聯(lián)接時必須有中性線。 中性線的 作用就在于使星形聯(lián)接的不對稱負載的相電壓對 稱。中性線(指干線)內(nèi)不應(yīng)接入熔斷器或閘刀開 關(guān), 以保證中性線不斷開。,結(jié) 論,C,ZC,C,A,B,N,ZA,ZB,例: 已知對稱三相電源的相電壓UP=220V，ZA =5，ZB=10，ZC =20 ,各相負載的UN=220V。試求有中性線和無中性線兩種情況下，各相負載的相電壓、相電流及中性線電流, 畫出相量圖。,N,A,B,解：（1）有中性線,19.1,ZA =5，ZB=10，ZC =20,相量

11、圖,（2）無中性線,先用節(jié)點電位法求出負載中性點與電源中性點間的電壓,= 83.2 19 V,A,B,C,N,N,ZA,ZB,ZC,各相負載的相電壓,=14411 V,=249.5 -139o V,=288 131o V,139o,131o,各相負載的相電流,A,B,C,R,R,R,N,例:三相對稱電源, 三相電阻爐每相,0o,=380,V,負載R=38 , UN=380V。接在A與N之間的單相負載 P =1100W, cos=0.5(感性), 試求各相電流和線電流, 并畫出相量圖 。,P = UAIANcos,= 220 IAN0.5,= 1100 W,IAN= 10 A,解：, = 60o

12、,51.2o,=24 51.2oA,=17.3 150oA,=17.3 +90oA,= 15 j18.66,=220,V,30, = 60o,第一次作業(yè)： 4.1 4.3 4.4 4.5,第二次作業(yè)： 4.9 4.11 4.13 4.14,A,X,三角形負載連線圖,B,Y,K,C,Z,IA,ICA,L1,L2,L3,L1,L2,L3,380V,IA,IB,IC,IN,Q1,Q2,N,O,A,B,C,A,B,C,星形負載連線圖,教務(wù)處通知(初稿)考試時間: 6月7日(15周周三)18:30,作業(yè)要求：,1、在認真復習的基礎(chǔ)上，獨立完成作業(yè)。,3、每次按指定的學號交作業(yè)。周二課間交。,2、作業(yè)要書

13、寫整潔，圖要標繪清楚，答數(shù)要注明單位。,電工電子教學實驗中心網(wǎng)站 ,答疑地點：4-143,Tel：68912723,中心論壇 電工與電子技術(shù)課群 郜志峰作業(yè)答案,請同學們從校園網(wǎng)上看作業(yè)的詳細解題過程,4,第五周作業(yè)： 3. 3 3. 4 3. 5,3. 8 3. 10,第六周作業(yè): 3. 12 3. 15 3. 18,第 3 章作業(yè),3. 21 3.22 3.30,學號最后一位數(shù)為1、3、5的同學，請交第四周的作業(yè)。,學號最后一位數(shù)為2、4、6的同學，請交第五周的作業(yè)。,學號最后一位數(shù)為7、8、9、0的同學，請交第六周的作業(yè)。,第七周作業(yè)： 4. 7 4. 9 4.

14、 10,4. 11 4. 13,第 4 章作業(yè),學號最后一位數(shù)為1、3、5的同學，請交第七周的作業(yè)。,學號最后一位數(shù)為7、8、9、0的同學，請交第六周的作業(yè)。,習題4.2 有一臺三相發(fā)電機，其繞組聯(lián)成星形，每相繞組額定電壓為220V，試驗時用電壓表測得相電壓UA= UB = UC =220V，線電壓UAB = UCA =220V， UBC =380V， 試問這種現(xiàn)象是如何造成的？,解：出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是A相繞組接反了，如下圖,ZA =ZB= ZC =Z ,A,B,C,N,N,ZA,ZB,ZC,A,B,C,中性線電流,三相對稱負載時可以不要中性線。,1、對稱負載星形聯(lián)接的三相電路,A,B,C,

15、N,ZA,ZB,ZC,N,A,B,C,每相負載上的電壓等于電源的相電壓, 可分別計算各相負載中的電流, 即,2、不對稱負載星形聯(lián)接的三相電路,習 題 及 解 答,4.3 一個三相對稱負載三角形連接，每相負載阻抗均為 Z = 6+j8W，,該負載接于三相對稱電源上，已知電源相電壓有效值為 220V， 則負載相電流有效值 I p = _，線電流有效值 Il = _。,38 A,65.82 A,4.1 有一臺星形連接的三相交流發(fā)電機，額定相電壓為 660V，若 測得其線電壓UAB=660V, UBC=660V, UCA=1143V, 則說明( )。 （a）A相繞組接反 （b）B相繞組接反 （c）C相

16、繞組接反,4.2 當三相交流發(fā)電機的三個繞組接成星形時，若線電壓 uBC=380 sin t V，則相電壓 uC =（ ）。,（a） 220 sin（ t + 90）V,（b） 220 sin（ t 30）V,（c） 220 sin（ t 150 ）V,b,c,b,4.5 要將額定電壓為220V的對稱三相負載接于額定線電壓為 380V的對稱三相電源上，則負載應(yīng)作（ ）聯(lián)結(jié)。 a. 星形 b. 三角形 c. 任意,a,4.6 三相負載為 R = XL = XC = 10，接于對稱三相電源上， 則三相負載是否為對稱負載，為什么？,答：不是對稱負載，只有當三相負載大小相等，輻角相同時， 才能稱為三相

17、對稱負載。,習 題 及 解 答,4.7 有三個相同的感性單相負載，每相負載額定電壓為380V，功率因數(shù)為0.8，在此電壓作用下，每相負載消耗的有功功率為1.5KW，把它們接到線電壓為380V的對稱三相電源上，試問采用什么聯(lián)接方式？負載的相電流、線電流，R和XL各是多少？,習 題 及 解 答,4.8 一對稱三相電源，線電壓Ul =380V， 感性對稱負載。已知： 三個電流表的讀數(shù)均為 65.82A，三相總功率為 P = 26kW， （1）計算復阻抗的值。（2）若 A2 的讀數(shù)仍為65.82A，而 A1 和 A3 的讀數(shù)變?yōu)?8A，說明此時三相負載出現(xiàn)了什么問題。,A,B,C,ZAB,ZBC,ZCA,4.9 三相四線制電源，線電壓Ul =380V，三相負載星形聯(lián)接。 已知： ZA = 10 ，ZB = j20 ，ZC = j11 ，求三個線電流和中線電流，并畫出相量圖。,A,B,C,IA,N,ZC,ZA,ZB,IB,IC,IN,4.10 一對稱三相交流電路線電壓 V, 星形聯(lián)接的感性 負載其相電流為2A，功率因數(shù)為0.5，三角形聯(lián)接的容性