物理三相电路学习教案

1、会计学1物理三相物理三相(sn xin)电路电路第一页，共51页。一、对称三相(sn xin)电源的产生通常由三相同步发电机产生，三相绕组（电感线圈）在空间(kngjin)互差120，当转子（磁极）转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。NSIwAZBXCY三相(sn xin)同步发电机示意图对称三相电源是由3个同频率、等幅值、初相依次滞后120 的正弦电压源连接成星形或三角形构成的电源。三个电源依次称为： A相、B相、C相 （U相、V相、W相）第2页/共51页第二页，共51页。1、三相电压瞬时值表达式)120cos(2)()120cos(2)()cos(2)(oCoBA w

2、w w w w wtUtutUtutUtuA+XuAB+YuBC+ZuC2、波形图uAuBw tOuuC0 A、B、C三端称为(chn wi)始端，X、Y、Z三端称为(chn wi)末端。第3页/共51页第三页，共51页。3、相量表示(biosh)0( 1201200ooo UUUUUUCBAA UCUBU1201201204、 对称(duchn)三相电源的特点00 CBA CBAUUUuuuBAUU 1201 单位(dnwi)相量算子ACABAUUUUUUUU o2oo1201200第4页/共51页第四页，共51页。正序(顺序(shnx)：ABCA负序(逆序)：ACBAABC相序的实际意义：

3、对三相电动机，如果(rgu)相序反了，就会反转。若不加说明(shumng)，一般都认为是正相序。DABC123DACB123正转反转5、对称三相电源的相序：三相电源中各相电源电压到达最大值或零值的先后顺序ABC第5页/共51页第五页，共51页。二、对称三相电源的连接(linji)方式把三个绕组(roz)的末端 X、Y、Z 接在一起，把始端 A、B、C 引出来。+ANX+BY+CZA UB UC U1、 星形连接(linji)（Y形连接(linji)）：A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IX、Y、Z 接在一起的点称为Y形连接对称三相电源的中性点，用

4、“N”表示。N第6页/共51页第六页，共51页。2、三角形连接( 形连接)：三个绕组(roz)始端、末端顺次相接。+AXBYCZA UB UC U+A+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U三角形连接的对称三相(sn xin)电源没有中性点。注意：三角形连接时，各相电源(dinyun)的极性不允许接反。第7页/共51页第七页，共51页。A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IA+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U名词(mng c)介绍：(1) 端线(dun xin)（

5、相线、火线）：始端A, B, C 三端引出线。(2) 中性线（零线、地线）：中性点N引出(yn ch)线， 接法无中性线。(3) 三相三线制与三相四线制(5) 相电压：每相绕组的端电压。(4) 线电压：端线与端线之间的电压。CABCABUUU ，CBAUUU ，第8页/共51页第八页，共51页。三、对称三相(sn xin)负载及其连接对称三相负载(fzi)(均衡三相负载(fzi)：对称三相负载(fzi)的连接：星形连接和三角形连接ABCNA IB IC IN IZZZABCA IB IC IZZZab Ibc Ica I星形连接三角形连接三个相同负载（负载阻抗模相等，阻抗角相同）以一定方式连接

6、起来。第9页/共51页第九页，共51页。abcnA IB IC IN IZZZabcA IB IC IZZZab Ibc Ica I（1）负载(fzi)的相电压：每相负载(fzi)上的端电压。cnbnanUUU ，（2）负载(fzi)的线电压：负载(fzi)端线间的电压。（3）线电流(dinli)：流过端线的电流(dinli)。（4）相电流：流过每相负载支路的电流。abIanUcabcabUUU ，CBAIII ，cabcabIII ，名词介绍：（5）中性线电流：流过中性线的电流。NI第10页/共51页第十页，共51页。四、 对称(duchn)三相电路由对称(duchn)三相电源和对称(duc

7、hn)三相负载连接而成。按电源和负载(fzi)的不同连接方式可分为：YY，Y0 Y0，Y ， Y， 三相(sn xin)三线制（未引出中性线）三相四线制（引出中性线）实际三相电路中：三相电源是对称的，三条端线阻抗是相等的，但负载不一定是对称的。第11页/共51页第十一页，共51页。一、线电压与相电压的关系(gun x) 12-2 线电压（电流(dinli)）与相电压（电流(dinli)）的关系A+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IoCCNoBBNoANA120 120 0 UUUUUUUUU设设ooo3031200 UUUUUUBNANABooo9

8、03120120 UUUUUUCNBNBCooo15030120 UUUUUUANCNCA相电压：线电压： 1、三相电源(dinyun)Y形连接相电压线电压第12页/共51页第十二页，共51页。利用相量图得到(d do)相电压和线电压之间的关系：线电压对称（大小(dxio)相等，相位互差120o）一般(ybn)表示为：BA U30oNA UBN UCN U30o30oBC UCA UNA UBN UCN UBA UBC UCA U303303303CNCABNBCANABUUUUUUBNU 第13页/共51页第十三页，共51页。结论：对Y形接法的对称三相(sn xin)电源 所谓(suwi)的

9、“对应”：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。(1) 相电压对称(duchn)，则线电压也对称(duchn)。(3) 线电压相位超前于对应相电压30o。 。即即倍倍，的的线线电电压压大大小小等等于于相相电电压压plUU3 3 )2( CNCABNC BANB A UUUUUU第14页/共51页第十四页，共51页。2、 三相(sn xin)电源形连接ooo120 120 0 UUUUUUCBA设设ooo1201200 UUUUUUUUUCCABBCAABA+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U线电压等于(dngy)对应的相电压相电压：线电压：相电压

10、线电压第15页/共51页第十五页，共51页。二、线电流与相电流的关系（需同步考虑负载端的(dund)连接方式）1、Y-Y（Y0-Y0）连接(linji)：结论(jiln)：线电流等于相电流+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabcanI线电流相电流第16页/共51页第十六页，共51页。2、 Y连接(linji)+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc Ica IoCAcaoBCbcoABabUUUUUUUUU1503903303 负载上相电压(diny)与电源线电压(diny)相等ZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo

11、设设线电流(dinli)相电流第17页/共51页第十七页，共51页。+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc IcaI|Z|UZUI|Z|UZUI|Z|UZUIocacaobcbcoabab 1503903303相电流：线电流(dinli)：ocabccaCobcabbcBoabcaabAIIIIIIIIIIII303303303 30o30oA Uab Iab U30oA I30obc Ica IB IC IcaI 线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的 倍，相位滞后于相应相电流30。3第18页/共51页第十八页，共51页。对称三相电路(dinl

12、)的计算方法是一相计算法。 12-3 对称三相(sn xin)电路的计算对称三相电路的特点是：（1）各相的相电流、相电压是对称的，因此只要算出其中某一相的相电流和相电压后，其它两相的相电流和相电压可以直接写出；（2）在Y-Y形连接的对称三相电路中，任一相的相电流只和此相的相电压和阻抗有关(yugun)，与其它两相无关，即各项的相电流和相电压的计算具有独立性。第19页/共51页第十九页，共51页。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabcZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo设设YY连接对称三相(sn xin)电路中相电压、相电流计算独立性证明：忽略线路(x

13、inl)阻抗Zl第20页/共51页第二十页，共51页。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabc以N点为参考点，对n点列写结点(ji din)方程：CBAnN111)111( UZUZUZUZZZ)(13CBAnN UUUZUZ负载(fzi)侧相电压：oCnNCNcnoBnNBNbnAnNANan1201200 UUUUUUUUUUUUUUUnNUanU0 0 nN U第21页/共51页第二十一页，共51页。计算(j sun)电流：ZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUIcnbnan oCCoBBAA120|120|+_+_+NnZZZA UB UC UA IB I

14、C IABCabcnNUanU结论：YY连接对称三相电路中相电压、相电流计算(j sun)具有独立性。第22页/共51页第二十二页，共51页。+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IABCabc一相计算(j sun)电路：+ANUA IANnaZZUZUZUI|ANanA由一相计算(j sun)电路可得：由对称性可写出：ZUIZUI oCoB120| ,120|anUanU一相计算(j sun)法应用：1、Y0Y0连接忽略线路阻抗Zl303anabUU第23页/共51页第二十三页，共51页。+NA UA IANnaZZl+_+_+NnZZZA UB UC UA IB IC IA

15、BCabcZlZlZl考虑线路(xinl)阻抗ZllZZUIANA第24页/共51页第二十四页，共51页。2、Y连接(linji)+_+_+NZZZA UB UC UA IB IC IABCabcab Ibc Ica IoCAcaoBCbcoABabUUUUUUUUU1503903303 负载(fzi)上相电压与电源线电压相等ZZUUUUUUCBA | 120 120 0oo设设abUABU忽略(hl)线路阻抗Zl：第25页/共51页第二十五页，共51页。方法(fngf)一：+AB Uab IABbaZ ZUIIZUZUZUIUUUabAABababABab330330|3303oA I+_+

16、_+NZZZA UB UC UB IC IABCabcab Ibc Ica IabUABU忽略线路(xinl)阻抗Zl第26页/共51页第二十六页，共51页。+A UA IANnaZ/3A I+_+_+NZZZA UB UC UB IC IABCabcab Ibc Ica InZ/3方法(fngf)二：|Z|UZUZ/UIAanA 333|Z|UIIooAab 3033031ZIUabab注意:若不忽略线路阻抗Zl只能(zh nn)用此方法!ZlZlZlZl第27页/共51页第二十七页，共51页。3、 电源为接法时的对称三相电路(dinl)的计算(Y， )+ABCBC UAC UBA UBA

17、UBC UA IB IC ICA U+ABCNA UBN UNC UBA UBC UCA UA IB IC IN将形连接(linji)电源用Y形连接(linji)电源替代，保证其线电压相等，再根据上述YY， Y 接方法计算。第28页/共51页第二十八页，共51页。例：b+_ACBZZlBA UBC UAC UZlZlZZacA I+NA UA IANnaZ/3Zl3031 ABANUU线路(xinl)阻抗nZ/3N第29页/共51页第二十九页，共51页。(1) 将所有三相电源(dinyun)、负载都化为等值YY接电路； (2) 连接各负载(fzi)和电源中点，中性线上若有阻抗可不计；(3) 画

18、出一相计算电路，求出一相负载(fzi)的电压、电流：(4) 根据接法、Y接法时线值（Ul、Il）、相值（Up、Ip）之间的关系，求出原电路的电流电压。(5) 由对称性，得出其它两相的电压、电流。总结: 对称三相电路的一相计算方法：一相负载的电压为Y形连接时负载的相电压。一相负载的电流为负载的线电流。第30页/共51页第三十页，共51页。例1. ABCZZZZlZlZl已知对称(duchn)三相电源线电压为380V，Z=6.4+j4.8， Zl =3+j4。求：负载(fzi)Z的相电压、线电压和相（线）电流。解：NA U+A+BN+CBN UCN UZlZlZlZZZ+NA UA IANnaZZ

19、l第31页/共51页第三十一页，共51页。+NA UA IANnaZZlV03220V 0380oANoAB UU则则设设 A3.171 .1743.188.12 03220j8.89.4 03220ooooANA lZZUIV 2 .368 .1369 .3683.171 .17oooAan ZIUV 2 . 69 .236V 2 . 68 .1363303oooanab UUZ=6.4+j4.8， Zl =3+j4第32页/共51页第三十二页，共51页。例2. ABCA IZZZABCYA IZZZ一对称三相负载分别接成Y接和接。求两种接法下的线电流的大小关系。设电源相电压 已知，且忽略(

20、hl)线路阻抗。解： ZUIANAY ZUZUIANANA33/ YII3 ABC AIZ/3Z/3Z/3ANUANUANU第33页/共51页第三十三页，共51页。电源不对称程度(chngd)小(由系统保证)。电路参数(cnsh)(负载)不对称情况很多。讨论对象：电源对称，负载(fzi)不对称(低压电力网) 。分析方法：不对称复杂交流电路分析方法不能用一相计算方法主要了解：中性点位移现象，由负载不对称导致的电路特性的改变。 12-4 不对称三相电路的概念 第34页/共51页第三十四页，共51页。负载(fzi)各相电压：+_+_+NNZNZaZbZcANUCN UBN U三相负载(fzi)Za、

21、Zb、 Zc不相同。不对称负载(fzi)cCNbBNaANNNNcbaZUZUZUUZZZZ )1111(NNCNNCNNBNNBNNANNAUUUUUUUUU 0 NNU/ANUNNU/中性线阻抗(zkng)第35页/共51页第三十五页，共51页。负载中点与电源中点不重合，这个现象(xinxing)称为中性点位移。在电源对称情况下，可以根据中性点位移的情况来判断(pndun)负载端不对称的程度。当中性点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，可能使负载的工作状态不正常。相量图：NA UBN UCN UNNN UNNA UBN UNC U中性点位移(wiy)第36页/共51页第三十六页，共51

22、页。N+BICIAINIAUBUCUNRARBRCACB第37页/共51页第三十七页，共51页。解: 1） A相短路(dunl)（1） 中性线未断 C 分析结论:此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而 B相和C相未受影响，其相电压仍为220V, 正常(zhngchng)工作。 第38页/共51页第三十八页，共51页。 此情况下，B相和C相的电灯组均承受380V电压(diny)，远超其额定电压(diny)220V ，这是不允许的。 （2） A相短路(dunl), 中性线断开时, 此时(c sh)负载中性点N即为A, 因此负载各相电压为V380V3800ACBABACUUUUU C+AU BU

23、 CU 第39页/共51页第三十九页，共51页。 2） A相断路(dun l) （2） 中性线断开(dun ki) B、C相灯仍承受(chngshu)220V相电压, 正常工作。（1） 中性线未断变为单一回路，如图(b)所示, 由图可求得A7 .120210380CBBC RRUIV127107 .12BB IR UV254207 .12CC IR UIBC+ RARCRBRBRC阻抗值越大，分压越大。第40页/共51页第四十页，共51页。 （1）不对称负载(fzi)Y连接又未接中性线时，负载(fzi)相电压不再对称，且负载(fzi)电阻越大，负载(fzi)承受的电压越高。 （2） 中性线的作

24、用：保证星形连接三相不对称负载(fzi)的相电压对称。 （3）照明负载(fzi)三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线内不允许接熔断器或闸刀开关。 （4）照明中性线不装保险，并且(bngqi)中性线较粗。一是减少损耗，二是加强强度(中性线一旦断了，负载就不能正常工作)。（5）要消除或减少中性点位移，尽量减少中性线阻抗，然而从经济的观点来看，中性线不可能做得很粗，应适当调整负载，使其接近对称情况。第41页/共51页第四十一页，共51页。负载(fzi)的额定电压 = 电源的线电压应作 连接负载的额定电压 = 电源线电压31应作 Y 连接 应使加于每相负载上的电压(diny)等于其额定电压

25、(diny)，而与电源的连接方式无关。 三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照明负载一般都连接成星形（具有中性线）。第42页/共51页第四十二页，共51页。1. 对称三相电路(dinl)的平均功率P（有功功率） 12-5 三相电路(dinl)的功率 Pp=UpIpcos 三相(sn xin)总功率 P=3Pp=3UpIpcos plplIIUU ,3 :Y接接plplIIUU3 , : 接接对称三相负载Z一相负载的功率第43页/共51页第四十三页，共51页。注意(zh y)：(1) 为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要(byo)误以为是线电压与线电流的相位差。(2) co

26、s为每相的功率因数(n l yn sh)，在对称三相制中即三相功率因数(n l yn sh)： cos A= cos B = cos C = cos 。2. 无功功率Q=QA+QB+QC= 3QpIUIUQllppsin3sin3 第44页/共51页第四十四页，共51页。3. 视在功率(sh zi n l)一般来讲，P、Q、S 都是指三相(sn xin)总和。4.对称三相(sn xin)负载的 瞬时功率功率因数也可定义为： cos =P/S (不对称时 无意义)cos(2 cos2 AAtIitUu w ww w设设)2(cos cos )(os cos2 AAAtUItctUIiup w ww ww w则则第45页/共51页第四十五页，共51页。单相(dn xin)：瞬时功率脉动三相(sn xin)：瞬时功率平衡 )2402(cos cos)2402(coscos)2(cos cosoCCCoBBBA