三相交流电路___星形连接和三角形连接ppt课件

1、第第 1 章章 三相交流电路三相交流电路 三相交流电源与三相负载三相交流电源与三相负载授课日期：授课日期：2021.9 2021.9 班次：班次：0808建筑建筑1 1、2 2、3 3班班 授课时数：授课时数：3 3 第第1 1章章 三相交流电路三相交流电路 教学目的：教学目的： 了解三相交流电的产生；了解三相交流电的产生； 了解三相电源的特点；了解三相电源的特点； 掌握三相电路中相电压、相电流、线电压、线电掌握三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系流的关系重点：重点： 三相电路中相电压、相电流、线电压、三相电路中相电压、相电流、线电压、线电流的关系线电流的关系 难点：难点： 与重点一

2、样与重点一样 教学过程：教学过程： 1.1 1.1 三相电源与三相负载三相电源与三相负载 1.1.1 1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生 1. 1. 定义定义 2. 2. 特点特点 3. 3. 产生产生 1.1.2 1.1.2 三相电源与三相负载三相电源与三相负载的衔接的衔接 1. 1.三相电源的星形结三相电源的星形结合合 2. 2. 三相电源的三角形结合三相电源的三角形结合 3. 3.三相负载的星形结三相负载的星形结合合 4. 4. 三相负载的三角形结合三相负载的三角形结合 5. 5.典型例题分析典型例题分析 电能可以由热能火力发电、核能核能发电能可以由热能火力发电、核能核能发电、

3、水能水力发电、风能风力发电、电、水能水力发电、风能风力发电、太阳能太阳能电站、地热能等转换而得。太阳能太阳能电站、地热能等转换而得。第第 1 章章 三相交流电路三相交流电路 在电力系统中，电力是由发电厂消费的，在电力系统中，电力是由发电厂消费的，它是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能它是将自然界蕴藏的各种一次能源转换为电能二次能源的工厂。二次能源的工厂。 1 1火力发电厂火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能来消费电能的。我国的火天然气等燃料的化学能来消费电能的。我国的火电厂主要是燃煤。煤粉在锅炉的炉膛内充分熄灭，电厂

4、主要是燃煤。煤粉在锅炉的炉膛内充分熄灭，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推进汽轮机将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推进汽轮机转动，使与它联轴的发电机旋转发电。其能量转转动，使与它联轴的发电机旋转发电。其能量转换过程是：换过程是：锅炉锅炉燃料的化学能燃料的化学能热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能发电机发电机电能电能(蒸汽管道)冷凝器)河流或水库变电所保送带涡轮煤炭供应 锅炉大烟囱 发电机 冷却水2水力发电厂 水力发电厂简称水电厂或水电站。它是利用水流的位能来消费电能的。当控制水流的闸门翻开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，激动水轮机，带动发电机发电。 其能量转换过程是：水流位能水流位能水轮机水轮机

5、机械能机械能发电机发电机电能电能乌江渡发电厂乌江渡发电厂 高高165米米 水力发电厂的容量大小决议水力发电厂的容量大小决议于上下游的水位差简称水头于上下游的水位差简称水头和流量的大小。和流量的大小。 因此，水力发电厂往往因此，水力发电厂往往需求建筑拦河大坝等水工建筑需求建筑拦河大坝等水工建筑物以构成集中的水位差，并依物以构成集中的水位差，并依托大坝构成具有一定容积的水托大坝构成具有一定容积的水库以调理河水流量库以调理河水流量. .世界第一大的水电工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距世界第一大的水电工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲坝水利枢纽工程下游葛洲坝水

6、利枢纽工程38公里。三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程公里。三峡大坝工程包括主体建筑物工程及导流工程两部分，工程总投资为两部分，工程总投资为954.6亿元人民币。亿元人民币。1994年年12月月14日正式开工建筑，日正式开工建筑，2006年年5月月20日全线建成。日全线建成。2021年年7月月19日，日，三峡大坝迎来了一次峰值在三峡大坝迎来了一次峰值在65000立方米立方米/秒左右的洪水。堪比秒左右的洪水。堪比1998年长江三峡河年长江三峡河段的最顶峰值，这也是三峡水库建成以来所面临的规模最大的一次洪水挑战。段的最顶峰值，这也是三峡水库建成以来所面临的规模最大的一次洪水挑战。三峡大坝鸟瞰

7、图 大坝为混凝土重力坝，坝顶总长大坝为混凝土重力坝，坝顶总长30353035米，坝顶高程米，坝顶高程185185米，正常蓄水位米，正常蓄水位175175米，米，总库容总库容393393亿立方米，其中防洪库容亿立方米，其中防洪库容221.5221.5亿立方米，可以抵御百年一遇的特大洪水。亿立方米，可以抵御百年一遇的特大洪水。配有配有2626台发电机的两个电站年均发电量台发电机的两个电站年均发电量849849亿度。航运才干从原有的亿度。航运才干从原有的10001000万吨提高到万吨提高到50005000万吨，万吨级船队可直达重庆，同时万吨，万吨级船队可直达重庆，同时运输本钱也将降低运输本钱也将降低

8、3535。 3 3核能发电厂核能发电厂 核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核电厂或核电站。核能发电厂又称为原子能发电厂，简称为核电厂或核电站。它主要是利用原子核的裂变能来消费电能。它主要是利用原子核的裂变能来消费电能。 它的消费过程与火电厂根本一样，主要区别是以核反响堆它的消费过程与火电厂根本一样，主要区别是以核反响堆俗称原子锅炉替代了燃煤锅炉，以少量的核燃料替代了大量俗称原子锅炉替代了燃煤锅炉，以少量的核燃料替代了大量的煤炭。其能量转换过程是：的煤炭。其能量转换过程是： 反响堆反响堆核裂变能核裂变能热能热能汽轮机汽轮机机械能机械能发电机发电机电能电能 俄国悬浮核能发电厂4、风力发电厂 5、

9、地热发电厂 6、太阳能发电厂1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生1 1三相交流电路的定义三相交流电路的定义 由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。由三相交流电源供电的电路称为三相交流电路。 所谓三相交流电路是指由三个频率一样、最大值所谓三相交流电路是指由三个频率一样、最大值或有效值相等、在相位上互差或有效值相等、在相位上互差120120电位角的电位角的单相交流电动势组成的电路，这三个单相交流电单相交流电动势组成的电路，这三个单相交流电动势称为三相对称电动势。动势称为三相对称电动势。第第 1 章章 三相交流电路三相交流电路1.1.1 1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生2 2

10、三相交流电有何特点？三相交流电有何特点？优点：优点：1三相交流发电机比功率一样的单相交流发电机体积小、分量三相交流发电机比功率一样的单相交流发电机体积小、分量轻、本钱低；轻、本钱低；2电能保送，当保送功率相等、电压一样、输电间隔一样，线电能保送，当保送功率相等、电压一样、输电间隔一样，线路损耗也一样时，用三相制输电比单相制输电可大大节省输电线有色路损耗也一样时，用三相制输电比单相制输电可大大节省输电线有色金属的耗费量，即输电本钱较低。三相输电的用铜量仅为单相输电用金属的耗费量，即输电本钱较低。三相输电的用铜量仅为单相输电用铜量的铜量的 ；3目前获得广泛运用的三相异步电动机，是以三相交流电作为目

11、前获得广泛运用的三相异步电动机，是以三相交流电作为电源，它与单相电动机或其它电动机相比，具有构造简单、价钱低廉、电源，它与单相电动机或其它电动机相比，具有构造简单、价钱低廉、性能良好和运用维护方便等优点。性能良好和运用维护方便等优点。因此在现代电力系统中，三相交流电路获得广泛运用。因此在现代电力系统中，三相交流电路获得广泛运用。%753 3三相交流电如何产生的？三相交流电如何产生的？ 三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。三相交流电动三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。三相交流电动势由三相交流发电机产生，它是在单相交流发电机的根底上开展而来势由三相交流发电机产生，它是在单相交流发

12、电机的根底上开展而来的，如图的，如图1.11.1所示。所示。图1.1 三相交流发电机 1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生 磁极放在转子上，普通均由直流电经过励磁绕组产生一个很强的磁极放在转子上，普通均由直流电经过励磁绕组产生一个很强的恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割恒定磁场。当转子由原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组即切割转子磁场而感应出三相交流电动势。转子磁场而感应出三相交流电动势。 这三个电动势的三角函数表达式为 )240sin()120sin(sinmmVmUtEetEetEeW转子转子直流电直流电 其波形图如图其波形图如图1.2a所示，相量图如图

13、所示，相量图如图1.2b所示。所示。图图1.2 1.2 三相交流电动势三相交流电动势 从图从图1.2a中可以看出，三相交流电动势在任一瞬间其三个电动中可以看出，三相交流电动势在任一瞬间其三个电动势的代数和为零。即势的代数和为零。即0WVUeee 在图在图1.2b中还可看出三相正弦交流电动势的相量和也等于零，中还可看出三相正弦交流电动势的相量和也等于零，即即 0WVUEEE1.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生把它们称做三相对称电动势，规定每相电动势的正方向是从线圈把它们称做三相对称电动势，规定每相电动势的正方向是从线圈的末端指向首端的末端指向首端(或由低电位指向高电位或由低电位指向高电位

14、)。1.1.2 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接 案例案例1.2 发电站由三相交流发电机发出的三相交流电，经过三相输电发电站由三相交流发电机发出的三相交流电，经过三相输电线传输、分配给不同的用户。线传输、分配给不同的用户。 如：工厂的用电设备普通为三相低压用如：工厂的用电设备普通为三相低压用电设备，功率较大；家庭用电设备普通为单相低压用电设备，功率较小。电设备，功率较大；家庭用电设备普通为单相低压用电设备，功率较小。 问题：我们都听说过或看到过三相三线制供电方式和三相四线制供问题：我们都听说过或看到过三相三线制供电方式和三相四线制供电方式。它们有何不同？如何衔接？电方式。它们有何不同？

15、如何衔接？ 三相交流发电机实践有三个绕组，六个接线端，我们目前采用的是三相交流发电机实践有三个绕组，六个接线端，我们目前采用的是将这三相交流电按照一定的方式，衔接成一个整体向外送电的。衔接的将这三相交流电按照一定的方式，衔接成一个整体向外送电的。衔接的方法通常为星形和三角形。方法通常为星形和三角形。(一一) 三相电源的衔接：三相电源的衔接：1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接根据运用方法的不同，电力系统的负载可以分成两类。根据运用方法的不同，电力系统的负载可以分成两类。 一类是象电灯这样有两根出线的，叫做单相负载，又如：电风扇、收一类是象电灯这样有两根出线的，叫做单相负载，又如：

16、电风扇、收音机、电烙铁、单相电动机等都是单相负载；音机、电烙铁、单相电动机等都是单相负载； 一类是象三相电动机的这样的有三个接线端的负载，叫做三相负载。一类是象三相电动机的这样的有三个接线端的负载，叫做三相负载。 在三相负载中，在三相负载中， 假设每相负载的电阻均相等，电抗也相等均为容抗或均为感抗，那假设每相负载的电阻均相等，电抗也相等均为容抗或均为感抗，那么称为三相对称负载；么称为三相对称负载； 假设各相负载不同，就是三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。假设各相负载不同，就是三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。 负载也和电源一样可以采用两种不同的衔接方法，即：负载也和电源一样可以采用

17、两种不同的衔接方法，即： 星形结合和三角形结合。星形结合和三角形结合。(二二) 三相负载的衔接：三相负载的衔接：1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接图图1.3 1.3 三相电源的星形结合有中性线三相电源的星形结合有中性线 l 三相绕组末端相连的一点称中性点，普通用三相绕组末端相连的一点称中性点，普通用“N表示。表示。l 从中点引出的线叫中性线简称中线，由于中线普通与大地相连，从中点引出的线叫中性线简称中线，由于中线普通与大地相连， 通常又称为地线或零线。通常又称为地线或零线。 l 从首端从首端U1、V1、W1引出的三根导线称相线或端线。由于它与大引出的三根导线称相线或端线。由于它

18、与大地之间有一定的电位差，普通又通称火线。地之间有一定的电位差，普通又通称火线。2中点、中性线、相线：中点、中性线、相线： 将电源的三相绕组末端将电源的三相绕组末端U2、V2、W2连在一同，首端连在一同，首端U1、V1、W1分别与分别与负载相连，这种方式就叫做星形结合。负载相连，这种方式就叫做星形结合。其接法如图其接法如图1.3所示。所示。 1星形结合：星形结合：1 1根本概念根本概念 1三相电源的星形结合三相电源的星形结合Y接接1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接图图1.3 1.3 三相电源的星形结合有中性线三相电源的星形结合有中性线 由三根火线和一根地线所组成的输电方式称三相

19、四线制。由三根火线和一根地线所组成的输电方式称三相四线制。 通常在低压配电系统中采用。通常在低压配电系统中采用。只由三根火线所组成的输电方式称三相三线制。只由三根火线所组成的输电方式称三相三线制。 在高压输电时采用较多。在高压输电时采用较多。 3输电方式：输电方式：1三相电源的星形结合三相电源的星形结合Y接接1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接2 2三相电源星形结合时的电压关系三相电源星形结合时的电压关系1 1相电压相电压 PU2 2线电压线电压 LU相电压与线电压参考方向的规定：相电压与线电压参考方向的规定： 相电压的正方向是由首端指向中点相电压的正方向是由首端指向中点N，例如

20、电压，例如电压 UU是由首端是由首端U1指向中点指向中点N 线电压的方向，线电压的方向， 如如 是由首端是由首端U1指向首端指向首端V1。如图。如图1.3所示。所示。 即每个绕组的首端与末端之即每个绕组的首端与末端之间的电压。相电压的有效值用间的电压。相电压的有效值用 VUUUWU表示；表示； 、 、 即各绕组首端与首端之间的电压，即恣意两根相线之间即各绕组首端与首端之间的电压，即恣意两根相线之间的电压叫做线电压，其有效值分别用的电压叫做线电压，其有效值分别用 UVUVWUWUU表示。表示。 、图图1.3 1.3 三相电源的星形结合有中性线三相电源的星形结合有中性线 UVU1.12 三相电源与

21、负载的衔接三相电源与负载的衔接故两端线故两端线U和和V之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即UWWUWVVWVUUVUUUUUUUUU 线电压大小利用几何关系可求得为：线电压大小利用几何关系可求得为：UUUV330cos2UUU同理可得：同理可得： VVW3UUWWU3UU结论：三相电路中线电压的大小是相电压的结论：三相电路中线电压的大小是相电压的 倍，其公式为倍，其公式为3PL3UU图图1-4 1-4 电源星型结合时的电压相量图电源星型结合时的电压相量图 3线电压线电压UL与相电压与相电压UP的关系的关系 三相电源三相电源Y Y形结合时的电压相量

22、图，形结合时的电压相量图，如图如图1.41.4所示。三个相电压大小相等，所示。三个相电压大小相等，在空间各相差在空间各相差120120。1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接 平常我们讲电源电压为平常我们讲电源电压为220V220V，即是指相电压；讲电源电压，即是指相电压；讲电源电压为为380V380V，即是指线电压。，即是指线电压。 由此可见：三相四线制的供电方式可以给负载提供两种电由此可见：三相四线制的供电方式可以给负载提供两种电压，即线电压压，即线电压380V380V和相电压和相电压220V220V，因此在实践中获得了广泛，因此在实践中获得了广泛的运用。的运用。 1.12 三

23、相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接 2三相电源的三角形结合三相电源的三角形结合接接 1 1根本概念根本概念 如图如图1.5所示，将电源一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次相连所示，将电源一相绕组的末端与另一相绕组的首端依次相连接成一个三角形，再从首端接成一个三角形，再从首端U1、V1、W1分别引出端线，这种衔接分别引出端线，这种衔接方式就叫三角形结合。方式就叫三角形结合。1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接2 2三相电源三角形结合时的电压关系三相电源三角形结合时的电压关系WUWVWVUVUUUUUUU所以，三相电源三角形结合时，电路中线电压的大小与相电压的大小相等所以，三相电

24、源三角形结合时，电路中线电压的大小与相电压的大小相等即：即： 由图由图 可见可见PLUU由相量图由相量图5.6 5.6 可以看出，三个线电压之和为零，即：可以看出，三个线电压之和为零，即： 0WUVWUVUUU同理可得，在电源的三相绕组内部三个电动势的相量和也为零，即同理可得，在电源的三相绕组内部三个电动势的相量和也为零，即0WUVWUVEEE1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接3三相负载的星形结合三相负载的星形结合 1 1接线特点接线特点 如图：为三相负载星形结合电路图，它的接线原那么与电源的星如图：为三相负载星形结合电路图，它的接线原那么与电源的星形结合类似，即将每相负载末端

25、连成一点形结合类似，即将每相负载末端连成一点N中性点中性点N，首端，首端U、V、W分别接到电源线上。分别接到电源线上。中线电流对应的相量式为中线电流对应的相量式为0WVUNIIII1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接图图5.75.7的接线方式是只需三根相线，而没有中性线的电路，即三相三线制，的接线方式是只需三根相线，而没有中性线的电路，即三相三线制，图图5.85.8的接线方式除三根相线外，在中性点还接有中性线，即三相四线制。的接线方式除三根相线外，在中性点还接有中性线，即三相四线制。 三相四线制除供电给三相负载外，还可供电给单相负载，故凡有照明、三相四线制除供电给三相负载外，还可

26、供电给单相负载，故凡有照明、单相电动机、电扇、各种家用电器的场所，也就是说普通低压用电场所，大单相电动机、电扇、各种家用电器的场所，也就是说普通低压用电场所，大多采用三相四线制。多采用三相四线制。1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接2电压、电流关系电压、电流关系 线电压线电压 ：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压；：三相负载的线电压就是电源的线电压，也就是两根相线之间的电压； 相电压相电压 ：每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电线上的电压降时，：每相负载两端的电压称作负载的相电压，在忽略输电线上的电压降时， 负载的相电压就等于电源的相电压；负载的

27、相电压就等于电源的相电压； 线电流线电流 ：流过每根相线上的电流叫线电流；：流过每根相线上的电流叫线电流； 相电流相电流 ：流过每相负载的电流叫相电流；：流过每相负载的电流叫相电流； 中线电流中线电流 ：流过中线的电流叫中线电流。：流过中线的电流叫中线电流。 对于三相电路中的每一相而言，可以看成一个单相电路，所以各相电对于三相电路中的每一相而言，可以看成一个单相电路，所以各相电流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。流与电压间的相位关系及数量关系都可用讨论单相电路的方法来讨论。LUPULIPINI1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接3三相四线制的特点是：三相

28、四线制的特点是：1相电流相电流 等于线电流等于线电流 ，即，即PILILPII2加在负载上的相电压加在负载上的相电压 和线电压和线电压 之间有如下关系之间有如下关系PULUPL3UU3流过中性线流过中性线N的电流的电流 为为WVUNIIII 当三相电路中的负载完全对称时，在恣意一个瞬间，三个相电流中，当三相电路中的负载完全对称时，在恣意一个瞬间，三个相电流中，总有一相电流与其他两相电流之和大小相等，方向相反，正好相互抵消。总有一相电流与其他两相电流之和大小相等，方向相反，正好相互抵消。所以，流过中性线的电流等于零。所以，流过中性线的电流等于零。 NI 因此，在三相对称电路中，当负载采用星形结合

29、时，由于流过中性线因此，在三相对称电路中，当负载采用星形结合时，由于流过中性线的电流为零，故三相四线制就可以变成三相三线制供电。的电流为零，故三相四线制就可以变成三相三线制供电。1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接4三相负载的三角形结合三相负载的三角形结合1接线特点接线特点 将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形结合，如图5.10所示。1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接2电压、电流关系电压、电流关系 由于三角形结合的各相负载是接在两根相线之间，因此负载的相电压就是线电压。假设三相电源及负载均对称，那么三相电流大小均相等：假设三相电源及负载均对称，那么三相电流大小均相等：PPWUVWUVPZUIIII1.12 三相电源与负载的衔接三相电源与负载的衔接 三个相电流在相位上互差三个相电流在相位上互差120度，图度，图5.11画出了它们的相量图，并假画出了它们的相量图，并假定电压超前电流一个角度。所以，线电流分别为：定电压超前电流一个角度。所以，线电流分别为：VWWUWUVVWVWUUVUIIIIIIIII 由图由图5.11经过几何关系不难证明经过几何关系不难证明 。从矢量图中还可看到线电。从矢量图