第3章 三相电路

1、3.1 三相电源三相电源3.1.1 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。在两磁极中间，放一个线圈。根据右手定则可知，线圈中产根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由生感应电动势，其方向由AX让线圈以让线圈以 的速度顺时针旋转。的速度顺时针旋转。1、单相交流电动势的产生、单相交流电动势的产生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工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电+eAeBeCXABYCZ+ +_eeAX铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经）三相绕组三相绕组: 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子

2、发电机结构发电机结构tEe sinmA )120sin(mB tEe )120sin(mC tEe EEE 0A)23j21(120B EEE)23j21(120C EEEEBEA.120120120EC.tEe sinmA )120sin(mB tEe )120sin(mC tEe EEE 0A 120BEE 120CEE对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的先后顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的先后顺序称为相序。0CBA eee即：即：三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征0)23j21()23j21(AEEEEEEC

3、BAECEBE（中性线）（中性线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）ceBeAe三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）:ABC中性线（零线）：中性线（零线）：NAXYCBZN3.1.2三相电源的联接三相电源的联接（1）星形接法）星形接法将三个绕组尾端连在一起将三个绕组尾端连在一起中性点中性点中性点中性点相电压相电压：相线与中性线之间的电压相线与中性线之间的电压，分别记作，分别记作线电压线电压：相线之间的电压相线之间的电压CBAUUU、CABCABUUU、有效值用有效值用UP表示表示CU+BU+AUXYZNBCAeA+eC+eB+ABU+BCU+CAU有效值用有效值用

4、UL表示表示BAABUUUCBBCUUU ACCAUUU 由相量图可得由相量图可得星型联接时的相量图星型联接时的相量图AXYZNBCeA+eC+eB+CU+BU+AUABU+BCU+CAU303AABUU 303PU 30LU 90903303LPBBCUUUU 1501503303LPCCAUUUU,3,Y PUUL线电压形联结时结论：电源线电压超前于相应的相电压线电压超前于相应的相电压30o在日常生活与工农业生产在日常生活与工农业生产中，中，多数用户的电压等级多数用户的电压等级为为V380 V220LPUU、3.1.3三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结将一相绕组的末端和另一将一相绕组

5、的末端和另一相的首端依次联接相的首端依次联接，形成，形成一个闭合回路，再从三个一个闭合回路，再从三个联接端引出三条输电线。联接端引出三条输电线。电源电源联接时，线电压就是相电压，联接时，线电压就是相电压，即即 相相电电压压线线电电压压PUUL电源电源联接时，三个相电压之和为零，联接时，三个相电压之和为零，即即0ABCABCUUU不对称三相负载：不对称三相负载： 不满足不满足 ZA =ZB = ZC分类分类只需一相电源供电只需一相电源供电需三相电源同时供电需三相电源同时供电三相电动机等三相电动机等三相负载的联接三相负载的联接根据负载的额定电压和电源电压确定根据负载的额定电压和电源电压确定3.2

6、负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路对称三相负载：对称三相负载：接在三相电源上的接在三相电源上的每一相负载的每一相负载的阻抗值阻抗值和和阻抗角都相等阻抗角都相等 ZA=ZB= ZC 如由单相负载组成的三相负如由单相负载组成的三相负载载C三相四线制三相四线制380/220伏伏 三相负载连接原则三相负载连接原则（1） 电源提供的电压电源提供的电压=负载的额定电压；负载的额定电压；（2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载三相四线三相四线Bi相电流

7、相电流IP(负载上的电流负载上的电流)：ZAZCZB线电流线电流IL(火线上的电流火线上的电流)：AiCABNXYZAuBuCuBNiCNiANiCiANI 、BNI 、CNI AI 、BI 、CI 2. 负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压CCCCBBBAAA1201200ZUZUIZUZUIZUZUIoPBoPAoP负载负载 Y 联接带中性线时联接带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+(2) 负载负载Y联

8、接三相电路的计算联接三相电路的计算4)中线电流中线电流CBANIIIIPL3UU Y 联接时：联接时：PLII 负载对称时负载对称时, ,中性线无电流中性线无电流, ,可省掉中性线。可省掉中性线。0CBAN IIII中中线线电电流流CBAZZZ 因因为为三三相相电电压压对对称称，且且所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。P3LUU 负负载载对对称称无无中中性性线线时时 负载对称时，负载对称时，只需计算一相电只需计算一相电流，流，其它两相电其它两相电流可根据对称性流可根据对称性直接写出。直接写出。AIBICINI+ZBZCZAAUBUCU+A15010A9010 A30

9、10CBA III可可知知：如如：(3) 对称负载对称负载Y 联接三相电路的计算联接三相电路的计算例例1 1：N+BICIAINIAUBUCUN RARBRCACB若若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电，求线电流及中性线电若若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及求线电流及 一星形联接的三相电路，电源电压对称。设电一星形联接的三相电路，电源电压对称。设电源线电压源线电压 。 负载为负载为V)30314sin(2380AB tu电灯组，电灯组，流流 IN ;中性线电流中性线电流 IN 。中性线电流中性线电流0CBAN IIII解：解： 已知：已知：V30380AB

10、UN+BICIAINIAUBUCUN RARBRCACBV0220A U A044A50220AAA RUI(1) 线电流线电流 三相对称三相对称A12044B IA12044C I(2) 三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分别计算各线电流分别计算各线电流中性线电流中性线电流A12011A20120220CCC RUIA12022A10120220BBB RUIA12011A12022A044CBAN IIIIA044A50220AAA RUIA1929 例例2：照明系统故障分析：照明系统故障分析解解: (1) 中性线未断中性线未断时时 C 此时此时A相短

11、路电流很相短路电流很大，将大，将A相熔断丝熔断，相熔断丝熔断，而而 B相和相和C相相未受影响，其相电压未受影响，其相电压仍为仍为220V, 正常工作正常工作。 在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况 (1) A相短路相短路: 中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。 (2) A相断路相断路: 中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。此情况下，此情况下，B相和相和C相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上所加的电压都

12、所加的电压都超过额定电压（超过额定电压（220V) ，这是不允许，这是不允许的。的。2) A相短路相短路, 中性线断开时中性线断开时, 此时此时负载中性点负载中性点即为即为AV380,V380,0CACBBABAUUUUUUUC C+AU BU CU (2) A相断路相断路2) 中性线断开中性线断开 B、C相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压, 正常工作。正常工作。1) 中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，如图如图(b)所示所示, 由图可求得由图可求得A7 .120210380CBBC RRUIV127107 .12BB IR UV254207 .12CC IR UIBC+ C结论

13、结论1）不对称负载不对称负载Y联接又未接中性线时，负载联接又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。电压越高。 （2） 中线的作用：中线的作用：保证星形联接三相不对称负保证星形联接三相不对称负载的相电压对称。载的相电压对称。 （3）照明负载照明负载三相不对称三相不对称，必须采用三相四线，必须采用三相四线制供电方式，且制供电方式，且中性线中性线（指干线）（指干线）内不允许接熔内不允许接熔断器或闸刀开关。断器或闸刀开关。 3.3 负载三角形联接的三相电路负载三角形联接的三相电路相电流相电流: 流过每相负载的电流流过每相负载的电

14、流CABCIIIABCBIIIA线电流线电流: 流过端线的电流流过端线的电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2) 相电流相电流ABABABZUI BCBCBCZUI CAACAZUIC (1) 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即: UP = UL一般一般电源线电压对称电源线电压对称，因，因此此不论负载是否对称不论负载是否对称，负载负载相电压始终对称相电压始终对称, 即即相电流：相电流：CABCABIII、线电流：线电流： CBAIII、UAB=UBC=UCA=UL=UPKCL定律定律相量图相量图IBCIABIUBCUABUCA30AICAI IBIC(3) 线电流线电流由相量

15、图可求得由相量图可求得CAABAIII ABBCBIII BCCACIII PP330cos2IIIL线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流滞后滞后30 。为此为此线电流也对称线电流也对称，负载对称时负载对称时（ZAB=ZBC=ZCA=Z ），各），各相电流有效值相等相电流有效值相等，相位相位互差互差120 。有效值为：。有效值为：UZIIIILPCABCAB oII303ABAoBCBII303oCACII303 三相电动机绕组可以联接成星形，也可以联接三相电动机绕组可以联接成星形，也可以联接成三角形，而成三角形，而照明负载一般都联接成星形照明负载一般都联接成星形（具有（具有中性线）。中性

16、线）。负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压应作应作 联接联接应作应作 Y 联接联接应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。与电源的联接方式无关。负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压31三相负载的联接原则三相负载的联接原则负载对称时：负载对称时：各各相消耗的有功功相消耗的有功功率相等率相等，三相有，三相有功功率为一相有功功率为一相有功功率的三倍功功率的三倍j jcos3ppIUP 3.4 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：j j 是每相是每相负载负载

17、的阻抗角的阻抗角, ,是相是相电压超前于相电压超前于相电流的角度电流的角度 3pLpLIIUU 对称负载星形接法时对称负载星形接法时： 3 pLpLIIUU 三角形接法时三角形接法时：j jcos3LLIUP 3.4.1 三相功率的计算三相功率的计算LLIIUU31 ,pp对称负载对称负载 联接时：联接时： PPPPcos3cos3jjLLIUIUP同理同理,无功功率无功功率ppppsin3 sin3 jjLLIUIUQLLIIUUpp ,31对称负载对称负载Y联接时：联接时：相电压与相相电压与相电流的相位差角电流的相位差角当负载对称时：当负载对称时：P = 3Up Ipcosj jpLLPP

18、223 3 IUIUQPS 所以所以视在功率视在功率3.5 安全用电技术安全用电技术3.5.1 安全用电常识安全用电常识1安全电流与电压安全电流与电压安全电流安全电流5mA人体电阻人体电阻 1000 安全电压安全电压Rd,所以近似所以近似认为认为事故电流事故电流IdU/(Rd+R0),设设Rd=R0=4欧姆，则欧姆，则Id220/(4+4)=27.5A,由此可推得由此可推得人体承受的电压人体承受的电压UrIdRd27.54110（V）如果人体电阻按如果人体电阻按1000欧姆考虑，通过人体电流欧姆考虑，通过人体电流Ir=Ur/Rr=110/1000=0.11A=110mA由以上的分析可知：由以上

19、的分析可知： 在在中性点接地的三相四线系统中中性点接地的三相四线系统中，电器设备不，电器设备不接地是很危险的。接地是很危险的。在这样接地的配电系统中，单纯采用保护接地在这样接地的配电系统中，单纯采用保护接地也不能保证安全的。也不能保证安全的。所以，在这种系统中所以，在这种系统中必须采用保护接零必须采用保护接零作为安全作为安全措施。措施。R0地地断路断路在保护接零系统中在保护接零系统中,当零线断线时当零线断线时,即使没有设备发即使没有设备发生碰壳短路生碰壳短路,而是而是出现三相负荷不平衡出现三相负荷不平衡,零线上也可零线上也可能出现危险的对地电压。能出现危险的对地电压。如图所示如图所示,在两相停

20、止用在两相停止用电一相保持用电的情况下电一相保持用电的情况下,电流将通过该相负荷、电流将通过该相负荷、人体和工作接地构成回路人体和工作接地构成回路,触电的危险性就很大了。触电的危险性就很大了。R0 Rc断路断路地地如果是如果是零线上或设备上有了重复接地零线上或设备上有了重复接地,则则人体承受人体承受的电压（设备为对地电压）即重复接地电阻的电压（设备为对地电压）即重复接地电阻Rc上上的电压降的电压降，一般来说，一般来说，Rc与负荷电阻和工作接地与负荷电阻和工作接地电阻相比不会太大，其上电压降也只占电网相电电阻相比不会太大，其上电压降也只占电网相电压的一部分压的一部分,从而减轻或消除触电的危险。从而减轻或消除触电的危险。3. 三孔插座和三极插头三孔插座和三极插头 外壳是与保护零线相连的，外壳是与保护零线相连的，人体不会有触电的危险。人体不会有触电的危险。 ABNC 两根为负载引线，另一根与金属外壳相连，两根为负载引线，另一根与金属外壳相连，供接地或接零保护用