工科大学电工课程Unit 4

1、4-1 第四章 三相交流电路 4-2 第四章第四章 三相交流电路三相交流电路 4.1 三相交流电源三相交流电源 4.1.1 三相电动势的产生三相电动势的产生 4.1.2 三相交流电源的连接三相交流电源的连接 4.2 三相负载及三相电路的计算三相负载及三相电路的计算 4.2.1 星形接法及计算星形接法及计算 4.2.2 三角形接法及计算三角形接法及计算 4.3 三相电路的功率三相电路的功率 4-3 4.1 三相交流电源三相交流电源 4.1.1 三相电动势的产生三相电动势的产生 N S A X e 在两磁极中间，放一个线圈。在两磁极中间，放一个线圈。 根据右手定则可知，线根据右手定则可知，线 圈中

2、产生感应电动势，圈中产生感应电动势， 其方向由其方向由AX。 让线圈以让线圈以 的速度顺时的速度顺时 针旋转。针旋转。 合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布， 线圈两端便可得到线圈两端便可得到单相单相交流电动势。交流电动势。 tEeAXsin2 4-4 一、三相交流电动势的产生一、三相交流电动势的产生 A X Y C B Z S N 定子定子 转子转子 定子中放三个线圈：定子中放三个线圈： A X B Y C Z 首端首端末端末端 三线圈空间位置三线圈空间位置 各差各差120o 转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。三个的速度旋转。三个 线圈中

3、便产生三个单相电动势。线圈中便产生三个单相电动势。 4-5 二、三相电动势的表示式二、三相电动势的表示式 三相电动势的特征：三相电动势的特征： 大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120。 240sin 120sin sin tEe tEe tEe mZC mYB mXA )120sin(tE m 1. 三角函数式三角函数式 4-6 A E B E C E 2. 相量表示式及相互关系相量表示式及相互关系 0 CBA EEE 120 120 0 EE EE EE C B A Em B e A e C e 4-7 4.1.2 三相交流电源的连接三相交流电源的连接 一、星形接法一

4、、星形接法 A e C e B e A X Y C B Z N 1. 连接方式连接方式 4-8 C e （中线）（中线） （火线）（火线） （火线）（火线） （火线）（火线） c e B e 4-9 4-10 4-11 BN U AB U 线电压和相电压的关系：线电压和相电压的关系： BN U AN U CN U 30 BNAN BNANAB UU UUU 303 ANAB UU 4-12 30 3 30 3 CNANCNCA BNCNBNBC UUUU UUUU 同理：同理： BN U AN U CN U AB U BC U CA U 4-13 线电压与相电压的通用关系表达式：线电压与相电压

5、的通用关系表达式： 30 3 pl UU l U p U -为相电压为相电压 -为线电压为线电压 在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为 V380 V220 lP UU、 4-14 CZCA BYBC AXAB UU UU UU pl UU 二、三角接法二、三角接法 A CA u A X Y C B Z AB u BC u B C 特点：特点：线电压线电压=相电压相电压 4-15 短路短路 + E 三个电源串接三个电源串接 能否造成短路？能否造成短路？ 直流电源行吗？直流电源行吗？ A A e C e B e X Y Z B C 问题讨论问

6、题讨论 + + + - - - E E E 直流电源串接不行，直流电源串接不行， 三相交流电源可以，三相交流电源可以， 为什么？为什么？ 4-16 4-17 星形接法星形接法 A C B N Z Z Z 4.2 三相负载及三相电路的计算三相负载及三相电路的计算 三角形接法三角形接法 A C B Z Z Z 负载也有两种接法负载也有两种接法: 4-18 A C B N Z Z Z AN u BN u CN u A i C i B i AN i CN i BN i 相电流相电流(负载上的电流负载上的电流)： CNBNAN III 、 4.2.1 星形接法及计算星形接法及计算 线电流线电流(火线上的

7、电流火线上的电流)： CBA III 、 4-19 lp II CNC BNB ANA II II II A C B N Z Z Z N i A i C i B i AN i CN i BN i 一、星形接法特点一、星形接法特点 相电流相电流=线电流线电流 * CNBNANN IIII N I : 零线电流零线电流 4-20 * 线电压线电压=相电压相电压 3, 线电压领先于相电压线电压领先于相电压30。 BN U AN U CN U AB U BC U CA U A C B N Z Z Z AN U AB U CN U BN U CA U BC U 30 3 30 3 CNCA BNBC U

8、U UU 303 ANAB UU 4-21 B i A i A C B N ZA ZB ZC N i C i AN i CN i BN i C e c e B e 二、负载星形接法时的一般计算方法二、负载星形接法时的一般计算方法 解题思路：解题思路： 一般线电压一般线电压 为已知，然后根据电压和负载求为已知，然后根据电压和负载求 电流。电流。 l u Z U IIuuuu p plpLppl 4-22 1. 负载不对称时，各相单独计算。如：负载不对称时，各相单独计算。如： 已知：已知： 三相负载三相负载 R、L、C 以及以及 三相线电压：三相线电压： 120 120 0 lCA lBC lAB

9、 UU UU UU 求：各相、各线及中线电流求：各相、各线及中线电流 C I C R A B N L C A I N I B I AN I BN I CN I 4-23 解：解：(1) C I C R A B N 4-24 4-25 (2) 相电流相电流 C I C R A B N L C A I N I B I AN I BN I CN I 30 R U R U I P AN AN 180 11 90 1 C U C j U C j U I PP CN CN 240 150 L U Lj U Lj U I PP BN BN 4-26 CA U AB U BC U (3) 中线电流中线电流 C

10、BAN IIII N I CN U AN U BN U BN I CN I AN I (4) 各电流相量关系各电流相量关系 180 240 30 C P CN L P BN P AN X U I X U I R U I 4-27 A I B I C I 2. 负载对称时，只需计算一相。负载对称时，只需计算一相。 ZZZZ CBA 如：如： A AN AN I Z U I 则：则： 240 120 ANCCN ANBBN III III 据此可直接得出另两相电流：据此可直接得出另两相电流： 0 CBAO IIII （中线电流为（中线电流为0） CN U AN U BN U 3. 负载对称，只要求

11、电流、电压大小时，仅算一相负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相 有效值即可。有效值即可。 4-28 0 CBAN IIII )(ZZZZ CBA 负载对称时负载对称时 问题及讨论问题及讨论 零线是否零线是否 可以取消？可以取消？ 答：三相完全对称时，零线可以取消。称为答：三相完全对称时，零线可以取消。称为 三相三线制。三相三线制。 c e A C B Z ZZ C e B e 4-29 4. 三相三线制供电时各相电流的计算三相三线制供电时各相电流的计算 A NN AI BI CI A E B E C E CB 求：各相电流。求：各相电流。 已知已知： 240220 120220 0220

12、 C B A E E E 每盏灯的额定值为每盏灯的额定值为: 220V、 100W 4-30 用节点电位法用节点电位法 A NN AI BI CI A E B E C E C B A E B E C E R R R R NN A B C AI BI CI 4-31 RRR R RR U N 211 2 1202201202200220 每盏灯为每盏灯为 220V、 100W 484 2 P U R A E B E C E R R R R NN A B C AI BI CI 、 V 12055 N U A I B I C I 、 代入代入R 值得：值得： 4-32 4-33 4-34 设线电压为

13、设线电压为380V。 A相断开后，相断开后，B、C 两相两相 串连，电压串连，电压UBC （380V） 加在加在B、C负载上。如果负载上。如果 两相负载对称，则每相负两相负载对称，则每相负 载上的电压为载上的电压为190V。 问题问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通若一楼全部断开，二、三楼仍然接通, 情况如何情况如何? A C B . 4-35 4-36 4-37 4-38 各电流的计算各电流的计算 B i AB i CA i BC i C i A i CA u A C B Z ZAB AB Z ZBC BC Z ZCA CA CA CA CA BC BC BC AB AB AB Z U

14、I Z U I Z U I 相电流相电流 BCCAC ABBCB CAABA III III III 线电流线电流 4-39 （2）负载对称时（）负载对称时（ZAB=ZBC=ZCA=Z ），），各相电流有各相电流有 效值相等，相位互差效值相等，相位互差120 。有效值为：。有效值为： Z U IIII l PCABCAB B i AB i CA i BC i C i A i CA u A C B ZAB ZBC ZCA （1）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。）负载不对称时，先算出各相电流，然后计算线电流。 4-40 CAABA III 303 ABA II CA U ABU BC

15、 U B I C I AB I CA I BC I 303 303 CAC BCB II II 同理：同理： 0 lAB UU 设：负载为阻性的，阻抗角为设：负载为阻性的，阻抗角为 0 。 。 负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系 CA I A I A BC AB I CA I A I 4-41 负载对称时三角形接法的特点负载对称时三角形接法的特点 B i AB i CA i BC i C i A i CA u A C B lLp UU 303 pl II 注意电路注意电路 中规定的中规定的 正方向正方向 4-42 负载对称时：负载对称时： co

16、s3 pLp IUP 4.3 三相电路的功率三相电路的功率 CBA PPPP 三相总有功功率：三相总有功功率： 由负载由负载 性质决定性质决定 3 plLpl IIUU星形接法时：星形接法时： 3 plLpl IIUU 三角形接法时：三角形接法时： cos3 ll IUP 4.3.1 三相电路的功率的计算三相电路的功率的计算 4-43 ll ll ll IUS IUQ IUP 3 sin3 cos3 有功功率：有功功率： 无功功率：无功功率： 视在功率：视在功率： 在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：在三相负载对称的条件下，三相电路的功率： 4-44 （书（书 P502） * * i1 i

17、2 u 负负 载载 一、单相功率的测量一、单相功率的测量 电动式瓦特计电动式瓦特计 在交流电路中在交流电路中 cos 1 UkI 其中，其中， 为为 间的夹角。间的夹角。ui , 1 指针偏指针偏 转角度转角度 电流线圈电流线圈 电压线圈电压线圈 i2和和 u 成正成正 比，且近似比，且近似 同相同相 4.3.1 三相电路的功率的测量三相电路的功率的测量 4-45 二、三相功率的测量二、三相功率的测量 1 W * * 2 W * * 3W * * 负 载 A C B N 三相总功率为三个功率表测得数据的总和。三相总功率为三个功率表测得数据的总和。 三相四线制接法，用三个功率表测量：三相四线制接

18、法，用三个功率表测量： 4-46 三相总功率等于两表测得数据之和。三相总功率等于两表测得数据之和。 B u C i B i A i AC u BC u A C B C u A u A Z B Z C Z 2 W * * 1 W * * 三相三线制的电路中，用二表法测功率：三相三线制的电路中，用二表法测功率： 4-47 两表法测量功率的原理：两表法测量功率的原理： BCBACA CBBCAA CCBBAA uiui uuiuui iuiuiup BAC iii 结论：结论：三相总功率等于两表测得数据之和。每三相总功率等于两表测得数据之和。每 单个功率表的读数没有意义单个功率表的读数没有意义， 实

19、验用的实验用的 三相瓦特计实际上就是根据三相瓦特计实际上就是根据“二表法二表法” 的原理设计的。的原理设计的。 4-48 求：功率表求：功率表W1、W2的读数。的读数。 例例 2W * * 电机电机 A I C I CB U A C B AB U 1 W * * 已知：已知： 电机的功率为电机的功率为 2.5 kW, 。 866.0cos （设电机为星形接法，（设电机为星形接法，N为其中点。）为其中点。） 电源线电压为电源线电压为380V，各相，各相对称。对称。 4-49 2W * * 电机电机 A I C I CB U A C B AB U 1 W * * A386. 4 866. 0380

20、3 105 . 2 cos3 cos3 3 l l ll U P I IUP （1）求电流大小）求电流大小 4-50 2W * * A I C I CB U A C B AB U 1 W * * ZB ZA ZC N AU V0220 NA U 设：设： ANU AB U BC U CA U CBU （2）求电流、电压的相位关系）求电流、电压的相位关系 V90380 V90380 V30380 CB BC AB U U U 则：则： 4-51 2W * * A I C I CB U A C B AB U 1 W * * ZB ZA ZC N AU AB U ANU A I ABA UI 、 间

21、的相位差间的相位差 60 1 1 已知电机的已知电机的 30866.0cos -1 A30386.4 A I 4-52 A U AB U BC U CA U A I B I C I W3 .833 60cos386.4380 cos 11 AAB IUP W7 .1666 0cos386. 4380 cos 22 CCBI UP A90386.4 C I 同理，由相量图可得同理，由相量图可得 0 2 间的相位差间的相位差 W1的读数为的读数为 833.3瓦瓦 W2的读数为的读数为 1666.7瓦瓦 4-53 相序的判定相序的判定 三相交流电动势出现最大值三相交流电动势出现最大值 的先后顺序称为三相电源的相的先后顺序称为三相电源的相 序。序。 A - B - C 称为顺相序称为顺相序 A - C - B 称为逆相序称为逆相序 将相序指示器接至三相电源将相序指示器接至三相电源 上，便可测出相序：上，便可测出相序： 假设电容假设电容C接的是接的是A相，相， 则则 L1、L2 较亮者为较亮者为B 相，另一相为相，另一