三相电源及其负载与功率

1、 教学目的：让学生掌握三相电源的概念，产生原理，三相电源的星形和三角形连接，三相负载的连接，以及掌握对三相功率的计算。 教学安排：(1)旧课复习（5分钟）(2)新课讲解（80分钟）(3)新课小结（5分钟） 作业：课本习题第三章第三章 三相正弦交流电路三相正弦交流电路 3.3.1 3.3.1 负载星形接法及计算负载星形接法及计算3.3.2 3.3.2 负载三角形接法及计算负载三角形接法及计算3.4 3.4 不对称三相电路的分析计算不对称三相电路的分析计算3.5 3.5 三相电路的功率三相电路的功率3.1 三相正弦交流电动势3.2 三相发电机绕组的连接3.3 三相负载3.1.1 3.1.1 三相正

2、弦交流电动势的产生三相正弦交流电动势的产生NS AXe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。tEeAXsin23.1 3.1 三相正弦交流电动势三相正弦交流电动势AXYCBZSN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

3、各差三线圈空间位置各差120o转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。的速度旋转。三个线圈中便三个线圈中便 产生三个单相电动势。产生三个单相电动势。3.1.1 3.1.1 三相正弦交流动势的产生三相正弦交流动势的产生大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120240sin120sinsintEetEetEemZCmYBmXA)120sin(tEm3.1.2 三相电动势的特征：三相电动势的特征：Em BeAeCe3.1.3 3.1.3 三相电动势的瞬时关系三相电动势的瞬时关系eA+eB+eC=0AEBECE3.1.43.1.4三相电动势的相量关系三相电动势的相量关系0CB

4、AEEE1201200EEEEEECBA3.2 3.2 三相交流电源的连三相交流电源的连接接3.2.1 星形接法星形接法AeCeBeAXYCBZNCe（中线）（中线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）ceBeAXYCBZNAe三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）:ABC中线（零线）：中线（零线）：N3.2.1 星形接法星形接法 三相绕组星形连接的两组电压三相绕组星形连接的两组电压CCNBBNAANeueueu相电压：火线对零线间的电压相电压：火线对零线间的电压2401200PCNPBNPANUUUUUUCeceBeACBNAe120 120 120 ANUBNUC

5、NUANuBNuCNu线电压：火线间的电压线电压：火线间的电压ANCNCACNBNBCBNANABUUUUUUUUUABuBCuCAuCABCABuuuCABN注意规定的正方向注意规定的正方向BNUABU线电压和相电压的关系线电压和相电压的关系BNUANUCNU30 BNANBNANABUUUUU303ANABUU30 330 3CNANCNCABNCNBNBCUUUUUUUU303ANBNANABUUUUBNUANUCNUABUBCUCAU线电压和相电压的关系线电压和相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系30 3plUUlU pU -为相电压为相电压 -为线电压为线电压V380

6、 V220lPUU、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CZCABYBCAXABUUUUUU plUU3.2.2 3.2.2 三角形接法三角形接法ACAuAXYCBZABuBCuBC特点：线电压特点：线电压= =相电压相电压短路短路+EAAeCeBeXYZBC问题讨论问题讨论+-EEE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？AAeCeBeXYZBC AeBeCe三相交流电源中三个电源可以串接的原因：三相交流电源中三个电源可以串接的原因：三相电源的电压在任何瞬间相加均为零。三相电源的电压在任

7、何瞬间相加均为零。Em星形接法星形接法ACB NZZZ3.3 3.3 三相负载三相负载三角形接法三角形接法ACBZZZ负载也有两种接法负载也有两种接法:ACBNZZZANuBNuCNuAiCiBiANiCNiBNi相电流相电流(负载上的电流负载上的电流)：CNBNANIII 、3.2.1 负载星形接法负载星形接法线电流线电流(火线上的电流火线上的电流)：CBAIII 、lpII CNCBNBANAIIIIIIACBNZZZNiAiCiBiANiCNiBNi星形接法特点星形接法特点相电流相电流=线电流线电流* CNBNANNIIIINI: 零线电流零线电流*线电压线电压=相电压相电压 3, BN

8、UANUCNUABUBCUCAUACBNZZZANUABUCNUBNUCAUBCU30 330 3CNCABNBCUUUU303ANABUU线电压领先于相电压线电压领先于相电压30。BiAiACBNZAZBZCNiCiANiCNiBNiCeceBeAe负载星形接法时的一般计算方法负载星形接法时的一般计算方法 一般线电压一般线电压 为已知，然后根据电压和负载求电流。为已知，然后根据电压和负载求电流。luzuiippllupu（1）负载不对称时各相单独计算）负载不对称时各相单独计算三相负载 R、L、C 以及 三相线电压：120 120 0lCAlBClABUUUUUU求：各相、各线及中线电流CI

9、CRA B NLCAINIBIANIBNICNI已知：已知：解：解：1. CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI120 120 0lCAlBClABUUUUUU903130 311503130 31303130 31lCACNlBCBNlABANUUUUUUUUU相电压相电压2. 相电流：相电流：CI CRA B NLCAINIBIANIBNICNI30RURUIPANAN18011901CUCjUCjUIPPCNCN240150LULjULjUIPPBNBNlpUU31令：令：CAUABUBCU3. 中线电流中线电流CBANIIIINICNUANUBNUBNICNIANI4.

10、 各电流相量关系各电流相量关系18024030CPCNLPBNPANXUIXUIRUIAIBICI（2）负载对称时，只需计算一相）负载对称时，只需计算一相ZZZZCBA 如如 AANANIZUI则则240120ANCCNANBBNIIIIII据此可直接得出另两相电流：据此可直接得出另两相电流：0CBAOIIII（中线电流为（中线电流为0）CNUANUBNU（3）负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相有效值即可。）负载对称，只要求电流、电压大小时，仅算一相有效值即可。0CBANIIII)(ZZZZCBA负载对称时负载对称时问题及讨论问题及讨论零线是否可以取消？三相完全对称时，零线可以取消。称

11、为三相完全对称时，零线可以取消。称为三相三线制三相三线制。ceACBZZZCeBeAe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ANNAIBICIAEBECECB求：各相电流求：各相电流已知：已知：240220 120220 0220CBAEEE每盏灯的额定值为每盏灯的额定值为: 220V、 100W用结点电压法用结点电压法ANNAIBICIAEBECECBAEBECERRRRNNABCAIBICIRRRRRRUN21121202201202200220 每盏灯为每盏灯为220V、 100W4842PURAEBECERRRRNNABCAIBICI、V 12055NUAIBIC

12、I、代入代入R值得值得应用实例应用实例-照明电路照明电路ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N正确接法正确接法:每层楼的灯相互每层楼的灯相互并联并联,然后分别接然后分别接至各相电压上。至各相电压上。设电源电压为：设电源电压为：V220380PlUU则每盏灯上都可则每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V。照明电路的一般画法照明电路的一般画法零线上不能加零线上不能加刀闸和保险刀闸和保险ABCN. . . . . . .一一层层二二层层三三层层讨论讨论讨论讨论照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线制供电方式？供电方式？ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼

13、N不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?设线电压为设线电压为380V。A相断开后，相断开后，B、C 两相串连，两相串连，电压电压UBC （380V）加在）加在B、C负载上。如果两相负载对称，负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为则每相负载上的电压为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?ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼分析：分析：结果：结果：二、三楼电灯全部变暗，二、三楼电灯全部变暗， 不能正常工作。不能正常工作。 问题问题2： 若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等若一楼断开，二、三楼接通

14、。但两层楼灯的数量不等 （设二楼灯的数量为三层的（设二楼灯的数量为三层的1/4 ）结果如何？）结果如何？结果：结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，二楼灯泡上的电压超过额定电压， 灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。ACBR2R3V 76380513RUV 304380542RU分析分析关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，不能正常工作。比如，照明电路中各相负

15、载不能保证完全对称，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。 中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。不允许接刀闸。 3.2.2 三角形接法及计算三角形接法及计算ABiCAiBCiCiBiAiCAuABuBCuACB plUU特点：特点：线电压线电压=相电压相电压各电流的计算各电流的计算BiABiCAiBCiCi

16、AiCAuABuBCuACBZ ZABABZ ZBCBCZ ZCACACACACABCBCBCABABABZUIZUIZUI相电流相电流BCCACABBCBCAABAIIIIIIIII线线电电流流（2）负载对称时）负载对称时（ZAB=ZBC=ZCA=Z ），），各相电流有效值相等，各相电流有效值相等，相位互差相位互差120 。ZUIIIIlPCABCABBiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACBZABZBCZCA（1）负载不对称时，）负载不对称时，先算出各相电流，先算出各相电流，然后计算线电流。然后计算线电流。各电流的计算各电流的计算CAABAIII303ABAII CAUABUB

17、CUBICIABICAIBCI303303CACBCBIIII同理：同理：0lABUU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CAIAIACABICAIAIB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BiABiCAiBCiCiAiCAuABuBCuACB plUU303plII注意电路中规注意电路中规定的正方向定的正方向 负载对称时：负载对称时：cos3ppIUP 3.3 3.3 三相电路的功率三相电路的功率CBAPPPP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

18、定 3plplIIUU星形接法时：星形接法时： 3 plplIIUU三角形接法时：三角形接法时：cos3llIUP llllllIUSIUQIUP3sin3cos3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：在三相负载对称的条件下：*单相功率的测量单相功率的测量 - - 电动式瓦特计电动式瓦特计i1i2u在交流电路中在交流电路中cos1UkI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 成正比，成正比，且近似同相且近似同相负负载载三相功率的测量三相功率的测量 1W*2W*3W*负

19、载ACBN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：三相四线制接法，用三个功率表测量：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。BuCiBiAiACuBCuACBCuAuAZBZCZ2W*1W*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：两表法测量功率的原理：两表法测量功率的原理：BCBACACBBCAACCBBAAuiuiuuiuuiiuiuiupBACiii结论：结论：三相总功率等于两表测得数据之和。每单个功率表三相总功率等于两表测得数据之和。每单个功率表 的读数没有意义的

20、读数没有意义，实验用的实验用的 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。求：功率表求：功率表W1、W2的读数。的读数。例例2W*电机电机AICICBUACBABU1W*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，各相对称。各相对称。2W*电机电机AICICBUACBABU1W*A386. 4866. 03803105 . 2cos3cos33llllUPIIUP（1）求电流大小）求电流大小2W*AICICBUACBABU1W

21、*ZBZAZCNAUV0220NAU设：设：ANUABUBCUCAUCBU（2）求电流、电压）求电流、电压的相位关系的相位关系V90380V90380V30380CBBCABUUU则：则：2W*AICICBUACBABU1W*ZBZAZCNAUABUANUAIABAUI、间的相位差间的相位差6011已知电机的已知电机的866.0cos30866.0cos-130386.4AIAUABUBCUCAUCBUAIBICIW3 .83360cos386. 4380cos11AABIUPW7 .16660cos386. 4380cos22CCBIUPA90386.4CI同理，由相量图可得同理，由相量图可得02CBCUI、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瓦瓦相序指示器相序指示器 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序。的先后顺序称为三相电源的相序。 A - B - C 称为顺相序称为顺相序 A