电工学第三章 三相电源及其负载和功率ppt课件

1、 第 3 章 三相电源及其负载和功率3.1 3.1 三相电源三相电源3.2 3.2 三相负载三相负载3.3 3.3 三相电路的功率三相电路的功率目目 录录1. 1. 三相电动势的产生三相电动势的产生NS AXe 在两磁极中间，放一个线圈，让线圈以在两磁极中间，放一个线圈，让线圈以的角的角速度顺时针旋转，线圈中产生感应电动势。速度顺时针旋转，线圈中产生感应电动势。3.1 3.1 三相电源三相电源前往前往三相交流发电机的原理图三相交流发电机的原理图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 XB YC 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

2、转子装有磁极并以 的角速度旋转。三个线圈的角速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。中便产生三个单相电动势。AXCBZYSN+_三相交流发电机产生三相电动势三相交流发电机产生三相电动势前往前往三相电动势：三相电动势：240sin120sinsinCBAtEetEetEemmm)120sin(tEmBeCeAe0te60o波形：波形：前往前往相量表示法相量表示法: :EA = Em 00EB = Em -1200EC = Em+1200 相量图相量图: :EA EB 1200EC 12001200三相电源三相电源: :产生对称的三相电动势的电源。产生对称的三相电动势的电源。0CBAEEE三相电

3、动势的相量关系：三相电动势的相量关系：三相电动势的特征：三相电动势的特征： 幅值相等，频率一样，相位互差幅值相等，频率一样，相位互差120120相序相序: : 三相电动势由超前相到滞后相的顺序。三相电动势由超前相到滞后相的顺序。前往前往2 2、三相电源的星形结合三个末端连在一同、三相电源的星形结合三个末端连在一同三相四线制三相四线制:L1 L2 L3 火线加火线加N 零线零线 三相三线制三相三线制:L1 L2 L3:L1 L2 L3火线无火线无N N零线零线 相电压每相始端与末端相电压每相始端与末端Up: U1 、U2 、U3线电压恣意两始端间线电压恣意两始端间UL: U12 、U23 、 U

4、31+U1_ _U2+ _U3+ + U12_+ U23_ _U31+E1_+_E2E3+_L1NL2L3N可提供两种电压可提供两种电压: :前往前往1 1相电压与线电压的关系相电压与线电压的关系U12 = U1 - U2 =U1 +(- U2) U31 = U3 - U1 U23 = U2 - U3 相量图：相量图：+U1_ _U2+ _U3+ + U12_+ U23_ _U31+E1_+_E2E3+_L1NL2L3NU1 U2 U3 U31 300U12 -U2U23 =U2 +(- U3) =U3 +(- U1) 根据基尔霍夫电压定律：根据基尔霍夫电压定律：前往前往1、相电压对称、相电压

5、对称: Up= U1= U2= U3 线电压也对称线电压也对称: UL= U12= U23= U31结论结论: :2、U12= 3 U1(大小关系大小关系)U12超前超前U1 300 (相位关系相位关系)推出普通结论推出普通结论: UL=3 UpUL超前于与之对应的超前于与之对应的Up 300U1 U2 U3 U31 300U12 -U2U23 在日常生活与工农业消费中，多数用户的电压等级为：在日常生活与工农业消费中，多数用户的电压等级为：VV380220lPUU前往前往2 2相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系根据基尔霍夫根据基尔霍夫电流定律电流定律:IL1 = I1IL2 = I2IL

6、3 = I3 相电流和线电流都是对称的相电流和线电流都是对称的 Ip= Il 并且相位一样并且相位一样+U1_ _U2+ _U3+ + U12_+ U23_ _U31+E1_+_E2E3+_L1NL2L3NIL3 IL2 IL1 IN I2 I1 I3 结论：结论：前往前往3 3、三相电源的三角形结合、三相电源的三角形结合留意留意: :这种接法只需三相三线制这种接法只需三相三线制L1L2L3132 +U12=U1 _ +U23=U2 _ _ U31=U3 + IL1IL2IL3I1I2I3前往前往 将三相电源中每相绕组的首端依次与另一相绕将三相电源中每相绕组的首端依次与另一相绕组的末端衔接，构

7、成闭合回路。组的末端衔接，构成闭合回路。1 1相电压与线电压的关系相电压与线电压的关系有有:U12 = U1U23 = U2U31 = U3结论结论:1、相电压和线电压都对称、相电压和线电压都对称2、Up= UL 且相位一样且相位一样 L1L2L3132 +U12=U1 _ +U23=U2 _ _U31=U3 + 前往前往2 2相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系根据基尔霍夫电流定律根据基尔霍夫电流定律:IL1 = I1 - I3 IL3 = I3 - I2 IL2 = I2 - I1 I1 I2 IL2 IL1 -I3I3 IL3 相量图相量图: _ U31=U3 + L1L2L3132

8、 +U12=U1 _ +U23=U2 _ IL1IL2IL3I1I2I3= I1 +(- I3 ) = I2 +(- I1 ) = I3 +(- I2 ) 前往前往结论结论: : IL =3 IPIL滞后于与之对应的滞后于与之对应的IP 300相电流和线电流对称相电流和线电流对称留意留意: 普通所说的三相电源电压、三相电源电流是指普通所说的三相电源电压、三相电源电流是指线电压、线电流。线电压、线电流。I1 I2 IL2 IL1 -I3I3 IL3 相量图相量图: :前往前往 思索题思索题1 1(1)(1)星形联接的对称三相电源，假设相电压星形联接的对称三相电源，假设相电压那么那么 和和 是多少

9、？是多少？前往前往tVusin222012U12U(2)(2)三角形结合的对称三相电源，空载运转时，三相电三角形结合的对称三相电源，空载运转时，三相电动势会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流？动势会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流？答：不会。因对称三相电动势的大小相等，相位互差答：不会。因对称三相电动势的大小相等，相位互差120120，因此向量和为，因此向量和为0 0，故不会在回路中产生电流。，故不会在回路中产生电流。VVUVUVU3038030322012022002201221,答答: :3.2 3.2 三相负载三相负载三相负载分为两种三相负载分为两种: :对称负载对称负载:

10、 接在三相电源上，三相阻抗相等接在三相电源上，三相阻抗相等不对称负载不对称负载: 只需由单相电源供电，三相阻抗不等只需由单相电源供电，三相阻抗不等三相负载的衔接方式有两种三相负载的衔接方式有两种: :星形衔接星形衔接三角形衔接三角形衔接由三相电源供电的负载称为三相负载。由三相电源供电的负载称为三相负载。前往前往每相负载首末端之间的电压每相负载首末端之间的电压负载从供电线上取用的电流负载从供电线上取用的电流每相负载中流过的电流每相负载中流过的电流两相负载两始端之间的电压两相负载两始端之间的电压无论采用哪种衔接方法，都存在：无论采用哪种衔接方法，都存在：相电压：相电压：线电压：线电压：相电流：相电

11、流：线电流：线电流：前往前往+U12_+U23_U31+Z3Z2Z1L1L2L3N+U1_+ U2+_ U3 I1 I3I2 IL1 IN IL2 IL3 注：三相负载为三相四线制时星形衔接注：三相负载为三相四线制时星形衔接1 1、三相负载的星形结合、三相负载的星形结合前往前往(1)(1)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 U12 = U1 - U2 U31 = U3 - U1 U23 = U2 - U3 根据基尔霍夫根据基尔霍夫电压定律电压定律:假设电源电压对称假设电源电压对称, ,负载的线电压和相电压是对称负载的线电压和相电压是对称的的+U12_+U23_U31+Z3Z2Z1L1L2

12、L3N+U1_+ U2+_ U3 I1 I3I2 IL1 IN IL2 IL3 前往前往3 3、当负载对称时、当负载对称时: Z1=Z2=Z3: Z1=Z2=Z31 1、负载的线电压和相电压都对称、负载的线电压和相电压都对称相量图相量图: :U1 U2 U3 U31 300U12 -U2U23 U12 = U1 - U2 =U1 +(- U2) U23 = U2 - U3 =U2 +(- U3) U31 = U3 - U1 =U3 +(- U1)结论结论: :4 4、三相对称电源、三相对称电源+ +三相对称负载三相对称负载= =三相对称电路三相对称电路 Ul=3 UpUl超前于与之对应的超前于

13、与之对应的Up 3002 2、前往前往 (2) (2)相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系 U3=Z3 U2=Z2 U1=Z1IL1 = I1IL2 = I2IL3 = I3IN = I1 + I2 + I3+U12_+U23_U31+Z3Z2Z1L1L2L3N+U1_+ U2+_ U3 I1 I3I2 IL1 IN IL2 IL3 根据基尔霍夫根据基尔霍夫电流定律电流定律:假设电源电流对称假设电源电流对称, ,负载的线电流和相电流也是对称负载的线电流和相电流也是对称的的前往前往结论结论: : Ip = IL Ip= IL相位一样相位一样讨论讨论: :普通中线零线可不要普通中线零线可不要必

14、需有中线零线必需有中线零线1. 负载对称时负载对称时, = 0 IN = I1 + I2 + I32. 负载不对称时负载不对称时, 0 IN = I1 + I2 + I3假设负载对称假设负载对称, ,相电流和线电流就对称相电流和线电流就对称前往前往2 2、三相负载的三角形结合、三相负载的三角形结合这种衔接方法只能是三相三线制这种衔接方法只能是三相三线制Z1Z3Z2L1L2L3IL1IL2IL3I1I2I3+U1_U12=+ U2_U23=_U3+=U31前往前往(1)(1)相电压与线电压的关系相电压与线电压的关系结论：结论： 相电压对称、线电压也对称相电压对称、线电压也对称. . Up= UL

15、 Up= ULU12 = U1U23 = U2U31 = U3有：有：Z1Z3Z2L1L2L3IL1IL2IL3I1I2I3+U1_U12=+ U2_U23=_U3+=U31前往前往(2)(2)相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系根据基尔霍夫根据基尔霍夫电流定律电流定律: IL3 = I3 - I2 IL2 = I2 - I1 IL1 = I1 - I3 Z1Z3Z2L1L2L3IL1IL2IL3I1I2I3I1 I2 IL2 -I3I3 IL3 相量图相量图:IL1 = I1 +(- I3 ) = I2 +(- I3 ) = I3 +(- I2 ) 前往前往假设负载对称假设负载对称 相电

16、流和线电流对称相电流和线电流对称假设负载不对称假设负载不对称, ,由于电源电压对称由于电源电压对称, ,故负载的相故负载的相电压对称电压对称, ,但相电流和线电流不对称。但相电流和线电流不对称。结论：结论：IL滞后于与之对应的滞后于与之对应的IP 300 IL = 3 IP IL = 3 IPI1 I2 IL2 -I3I3 IL3 相量图相量图: :IL1 前往前往 三相负载采取那种结合方式三相负载采取那种结合方式 取决于电源电压和负取决于电源电压和负载的额定电压载的额定电压,原那么上应使负载的实践任务相电压原那么上应使负载的实践任务相电压等于额定相电压。等于额定相电压。如如:某三相异步电动机

17、某三相异步电动机,三相绕组的额定电压是三相绕组的额定电压是220V,假设电源电压分别为假设电源电压分别为380V和和220V,应采取那种结合方应采取那种结合方式式?答答:电源电压为电源电压为380V: Y接接 电源电压为电源电压为220V: 接接阐明：阐明：假设为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。假设为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。前往前往 思索题思索题2 21 1、三相负载对称是指下述三种情况中的哪一种：、三相负载对称是指下述三种情况中的哪一种：(1)(1)(2)(2)(3)(3)2 2、在对称三相电路中，下述两式能否正确：、在对称三相电路中，下述两式能否正确：(1) (2)

18、(1) (2)前往前往321ZZZ321321ZZZZUIPLZUILLZUIPP有功功率有功功率无功功率无功功率视在功率视在功率阐明阐明恣意恣意负载负载P=P1+ P2+ P3P=P1+ P2+ P3Q=Q1+Q2+Q3Q=Q1+Q2+Q3S=P2+Q2S=P2+Q2对称对称负载负载P=3P1P=3P1=3UP IP cos=3UP IP cos=3UlIl =3UlIl coscosQ=3Q1Q=3Q1=3UP IP sin=3UP IP sin=3Ul Ilsin=3Ul IlsinS=3UP IPS=3UP IP =3Ul Il =3Ul Il相相值值线线值值3.3 3.3 三相电路的

19、功率三相电路的功率前往前往 思索题思索题3 3(1)(1)、普通情况下，、普通情况下，S=S1+S2+S3S=S1+S2+S3能否成立？能否成立？前往前往22QPS答：普通不成立。答：普通不成立。 思索题思索题3 3(2)(2)、同一三相负载采用三角形结合，接于线电压为、同一三相负载采用三角形结合，接于线电压为220V220V的三相电源上，以及采用星形结合，接在线电压的三相电源上，以及采用星形结合，接在线电压为为380V380V的三相电源上，试求这两种情况下三相负载的的三相电源上，试求这两种情况下三相负载的相电流、线电流和有功功率的比值。相电流、线电流和有功功率的比值。133331338022

20、0COSIUCOSIUPPIIIIZZZUZUIIPYPYPPYPYPLYLPYPPYP答：答：前往前往(3)(3)同一三相负载，采用三角形结合和星形结合接于同一三相负载，采用三角形结合和星形结合接于线电压一样的三相电源上，试求这两种情况下负载的线电压一样的三相电源上，试求这两种情况下负载的相电流、线电流和有功功率的比值。相电流、线电流和有功功率的比值。 思索题思索题3 3333333333COSIUCOSIUPPIIIIZUZUZUZUIILYLYLLYPYPLYLLYLPYPPYP答：答：前往前往(4)(4)有一电源和负载都是星形结合有一电源和负载都是星形结合的对称三相电路，知电源相电压为

21、的对称三相电路，知电源相电压为220V220V，负载每相阻抗模为，负载每相阻抗模为1010，试，试求负载的相电流和线电流，电源的求负载的相电流和线电流，电源的相电流和线电流。相电流和线电流。 思索题思索题3 3前往前往答：答： 电源线电压：电源线电压： 负载线电压：负载线电压： 负载相电压：负载相电压： 负载相电流：负载相电流： 负载线电流：负载线电流： 电源线电流：电源线电流： 电源相电流：电源相电流： V3803220V380V2203380AIP2210220AIIPL22AIL22AIP22 思索题思索题3 3(5)(5)有一电源为三角形结合，而负有一电源为三角形结合，而负载为星形结合的对称三相电路，知载为星形结合的对称三相电路，知电源相电压为电源相电压为220V220V，每相负载的阻，每相负载的阻抗模为抗模为1010，求负载和电源的相电，求负载和电源的相电流和线电流。流和线电流。答：答： 电