李玉清电工基础 第九章-三相交流电路.

1、主要内容：三相交流电有三个正弦交流电组成，分析方法就是主要内容：三相交流电有三个正弦交流电组成，分析方法就是第七章学习的分析方法。主要内容有：三相交流电路组成、线第七章学习的分析方法。主要内容有：三相交流电路组成、线电压与相电压关系（重点）、对称电压与相电压关系（重点）、对称和不对称三相电路计算和不对称三相电路计算（重点）、三（重点）、三相电路的相电路的功率。功率。 学习要求：理解星形连接、学习要求：理解星形连接、 三角形连接下的线电压（电流）与相电三角形连接下的线电压（电流）与相电 压（电流）的关系；掌握对称三相电路归结为压（电流）的关系；掌握对称三相电路归结为 一相电路的计算方法；掌握三相

2、电路的功率计算。一相电路的计算方法；掌握三相电路的功率计算。 目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用三相交流电路。三相交流电路。 广泛应用三相交流电路的原因是广泛应用三相交流电路的原因是它具有以下优点：它具有以下优点： (1) 在相同体积下，在相同体积下， 三相发电机输出功率比单三相发电机输出功率比单相发电机大；相发电机大； (2) 在输送功率相等、在输送功率相等、 电压相同、电压相同、 输电距离和输电距离和线路损耗都相同的情况下，三相制输电比单相输线路损耗都相同的情况下，三相制输电比单相输电节省输电线材料，电节省输电线材料， 输电成本低；输电成本低；

3、 (3) 与单相电动机相比，三相电动机结构简单，与单相电动机相比，三相电动机结构简单，价格低廉，价格低廉， 性能良好，维护使用方便。性能良好，维护使用方便。 目前电力工程上普遍采用目前电力工程上普遍采用由三个幅值相等、频率相同（由三个幅值相等、频率相同（我国电网频率我国电网频率为为50HZ），彼此之间相位互差），彼此之间相位互差120o的正弦电的正弦电压所组成的供电相系统。压所组成的供电相系统。NSAX在两磁极中间，放一个线圈。在两磁极中间，放一个线圈。根据电磁感应和楞次定律，线圈中根据电磁感应和楞次定律，线圈中产生感应电动势，其方向由产生感应电动势，其方向由AX。 合理设计磁极形状，使磁通按

4、正弦规律分布，线圈两合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到端便可得到单相单相交流电动势。交流电动势。2sinAXeEt单相交流电动势的产生单相交流电动势的产生e9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成让线圈以让线圈以 的速度顺时针旋转。的速度顺时针旋转。SN+e1e2e3+ 定子定子转子转子9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成U相相V相相W相相 外力带动外力带动 转子以转子以 的的速度旋转。三个线圈中速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电压。便产生三个单相电压。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

5、铁定子定子转子转子发电机结构发电机结构tUuu sin2 )sin( 1202tUuV )sin( 1202tUuW 幅值相等、频率相同，幅值相等、频率相同，相位互差相位互差120ouu(t)+uV(t)+uW (t)=09-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成三相交流电特点三相交流电特点0120 240 360Um tuuuVuWUVUu . .120120120UW . 0UUu 120UUV 120UUWtUuu sin2 )sin( 1202tUuV )sin( 1202tUuW uu(t)+uV(t)+uW (t)=0u+V+W =09-1 9-1 三相交流电路的组成三相

6、交流电路的组成正序正序(顺序顺序)：UVWU负序负序(逆序逆序)：UWVUUVW相序的相序的实际意义实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。DUVW123DUWV123正转正转反转反转UVW9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成对称三相电压的瞬时值之和为对称三相电压的瞬时值之和为 00321 uuu即：即：0321 UUU或或三个正弦交流电动势有以下特点三个正弦交流电动势有以下特点:20o(相线、火线相线、火线)（地线、零线）（地线、零线）三个绕组末端三个绕组末端 连接在一起，从始

7、端连接在一起，从始端 引出三根线。引出三根线。9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成星（星（Y）形和三角（）形）形和三角（）形N V WUNU1V1W1UV .Uu .UW .中性点中性点Uu .UV .UW .相电压相电压UUV .UWU .UVW .线电压线电压这种接法称为三相四线制这种接法称为三相四线制 p 相相电电压压线线电电压压 时时结结结结论论：电电源源形形联联UUl 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V V 380220 lPUU、三个绕组始末端顺序相接，从两两的连接点引出端线。三个绕组始末端顺序相接，从两两

8、的连接点引出端线。9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成三角形联接的对称三相电源没有中点。三角形联接的对称三相电源没有中点。 三相电路常见的联接方式三相电路常见的联接方式9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成 (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。9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成+NUI WUVUUUZWZVZUNWI NNI VIWIUIWWVVUUNVI 电源中性点电源中性点负载中性点负载中性点当三个阻抗相等时，称为对称三相负载。

9、当三个阻抗相等时，称为对称三相负载。Y - YY - 9-1 9-1 三相交流电路的组成三相交流电路的组成UVIVWIWUIN+ +WUVUUUUVUVWUWUUWVUIII、UVIVWIWUI9-2 9-2 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 三相电源的线电压和相电压、线电流和相电流之间的三相电源的线电压和相电压、线电流和相电流之间的关系，都与连接方式有关。三相负载也是如此。找出这些关系，都与连接方式有关。三相负载也是如此。找出这些关系对三相电路计算至关重要。关系对三相电路计算至关重要。 三相电路三相电路Y形连接的线电压相电压关系形连接的线电压相电压关系N V WUNUV .Uu .U

10、W .Uu .UV .UW .UUV .UWU .UVW .+ UVUVUUU 30UUWUVUUVUVU 由相量图可得由相量图可得303UUVUU 9-2 9-2 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 30UUWUVUUVUVU 120120120VWUWUU 30 30 303UVUUVUUUU 303VWVVWUUUU 303WUWWUUUUU。三相线电压也是对称的三相线电压也是对称的，前相应的相电压前相应的相电压且超且超线电压线电压形联结时形联结时结论：电源结论：电源 303,Y PUUl这个结论很这个结论很重要，一定重要，一定要记住哦！要记住哦！显然，线电流等于相电流显然，线电流

11、等于相电流9-2 9-2 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 三相电路形连接的线电压相电压关系三相电路形连接的线电压相电压关系相位相同。相位相同。，相电压相电压线电压线电压 时时结结结论：电源结论：电源形联形联pUUl 这个结论很重这个结论很重要，一定要记要，一定要记住哦！住哦！UUVUU VVWUU WWUUU 9-2 9-2 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系ZUVZVWZWUUWV+W UUUVUV WUVWIUVIW UIUIVIWI(1) 负载负载相相电压电压=电源电源线线电压电压即即(2) 相电流线电流关系相电流线电流关系UVUVUVUIZVWVWVWUIZWUWUWU

12、UIZ两者关系？两者关系？ZUVZVWZWUUWV+W UUUVUV WUVWIUVIW UIUIVIWI9-2 9-2 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系WUUVUIII 负载对称时负载对称时, WUVWUVIII WVUIII 相量图相量图IVWIUVI30IVIWUVWUWVUWUWUI UI由相量图可求得由相量图可求得)( 303UVUII)30(3 VWVII)30(3 WUWIIUVVWVIII VWWUWIII 。3 30 0且且落落后后相相应应的的相相电电流流( (相相电电流流) ), ,3 3线线电电流流联联接接时时对对称称负负载载 : :结结论论 P IIl由对称三相

13、电源、对称三相负载及对称三相输电线路组成由对称三相电源、对称三相负载及对称三相输电线路组成 9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 对称三相电路特点对称三相电路特点从连接关系不难看出从连接关系不难看出 UUiiVViiWWiiVIWINIUNI+ZZZ+UUVUWUUIVIWINIUNI+ZZZ+UUVUWUU9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 NUUII NVVII NWWII WVUNIIIIPL3UUZUIIp PLY 联结时（结论）联结时（结论）ZUIZUIZUIWWVVUU ，0 WVUIIIIN例例9-1 电路如图所示电路如图所示,若三相对称负载阻抗

14、若三相对称负载阻抗Z = (6+j8)，电源线电压有效值为，电源线电压有效值为380V，求：负，求：负载相电压、线电流和负载相电流。载相电压、线电流和负载相电流。VIWINIUNI+ZZZ+UUVUWU9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 例例9-2 对称三相电路如图对称三相电路如图a，已知，已知Z = (19.2+j14.4)， Z1= (3+j4)，对称线电压为，对称线电压为380V，求：负载端的线，求：负载端的线电压和线电流。电压和线电流。9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 1WVU111WVU11小结：小结：1. 三相电压、电流均对称。三相电压、电流均

15、对称。负载为负载为Y接接.30 ,3o相相位位领领先先线线电电压压大大小小为为相相电电压压的的线电流与对应的相电流相同。线电流与对应的相电流相同。负载为负载为 接接.30 ,3o相相位位滞滞后后线线电电流流大大小小为为相相电电流流的的线电压与对应的相电压相同。线电压与对应的相电压相同。9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 9-2结论结论(1) 将所有三相电源、负载都化为等值将所有三相电源、负载都化为等值YY接电路；接电路； (2) 连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；(3) 画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：画出单相计算

16、电路，求出一相的电压、电流：(4) 根据根据 接、接、Y接时接时线量、相量之间的关系，求出原电线量、相量之间的关系，求出原电路的电流电压。路的电流电压。(5) 由对称性，得出其它两相的电压、电流。由对称性，得出其它两相的电压、电流。一相电路中的电压为一相电路中的电压为Y接时的相电压。接时的相电压。一相电路中的电流为线电流。一相电路中的电流为线电流。对称三相电路的一般计算方法对称三相电路的一般计算方法9-3 9-3 对称三相电路的计算对称三相电路的计算 不对称三相电路及其分析思路不对称三相电路及其分析思路 三相电路的电源、负载和输电线，任何一部分不对称。三相电路的电源、负载和输电线，任何一部分不

17、对称。在电力系统中，除电动机等是典型的对称三相负载，还有在电力系统中，除电动机等是典型的对称三相负载，还有很多单相负载组成三相负载，经常形成不对称三相电路。很多单相负载组成三相负载，经常形成不对称三相电路。不对称三相电路中的三相电流是不对称的，三相化归一的不对称三相电路中的三相电流是不对称的，三相化归一的计算方法因此失效，只能把不对称三相电路看成是含有三计算方法因此失效，只能把不对称三相电路看成是含有三个正弦电源的复杂正弦电路来分析计算。个正弦电源的复杂正弦电路来分析计算。9-4 9-4 不对称三相电路的概念不对称三相电路的概念三相负载三相负载YU、 YV 、 YW不相同不相同 , 当当不接中

18、线（即开关不接中线（即开关S打打开）时开）时由节点电压法可得节点电压为由节点电压法可得节点电压为N NUVWUVWWUVUYUUUYYYYY中性线电流中性线电流I 0,NN0 NNUUU+U+VN+WVUWUYUYVYWS9-4 9-4 不对称三相电路的概念不对称三相电路的概念如图如图Y-Y连接的三相连接的三相电路，电源对称，电路，电源对称，但负载不对称。但负载不对称。 负载中点与电源中点不重合，这个现象称为中性点位移。负载中点与电源中点不重合，这个现象称为中性点位移。在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较

19、大时，会造成负载相电压载端不对称的程度。当中点位移较大时，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。严重不对称，可能使负载的工作状态不正常。电源相电压、负载相电压及电源相电压、负载相电压及N N的的相量图如图相量图如图UNUUNUVNUW NUNNN UNVNUW NUUNUNN NVNVNN NWNWNN NUUUUUUUUU负载各相电压：负载各相电压：9-4 9-4 不对称三相电路的概念不对称三相电路的概念求解不对称三相电路，求解不对称三相电路，通常采用节点电压法。通常采用节点电压法。例例9-3 课本课本143页。页。在低压供电系统中广泛采用三相四线制，并且规在低压供电系统中

20、广泛采用三相四线制，并且规定不允许接入开关和熔断器，以免造成中线断开定不允许接入开关和熔断器，以免造成中线断开后，造成用电设备不能正常工作，甚至损毁。后，造成用电设备不能正常工作，甚至损毁。9-4 9-4 不对称三相电路的概念不对称三相电路的概念接上中线（即合上开关接上中线（即合上开关S），不考虑输电线阻抗），不考虑输电线阻抗ZN，迫使，迫使N N=0，从而迫使各负载相电压与对应电源相电压相等。，从而迫使各负载相电压与对应电源相电压相等。此时，尽管电路不对称，但各相相互独立，分开计算。此时，尽管电路不对称，但各相相互独立，分开计算。负载不对称情况下，中线的存在非常重要。负载不对称情况下，中线的

21、存在非常重要。UU+U+VN+WVUWUCRR由前面学习的内容可知，单相正弦交流电路中：由前面学习的内容可知，单相正弦交流电路中：22UVWUVWPPPPQQQQSPQ22SPQP=UIsin 有功功率：有功功率：无功功率：无功功率：视在功率：视在功率：P=UIcos 三相交流电路可以看成是三个单相交流电路的组合，三相交流电路可以看成是三个单相交流电路的组合，因此在三相交流电路中因此在三相交流电路中9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率不论负载是不论负载是Y形联结还是形联结，总的有功形联结还是形联结，总的有功(无功无功)功率等于各相有功功率等于各相有功(无功无功)功率之和。即功率之和。即

22、但视在功率不等于各相视在功率之和，而应该是但视在功率不等于各相视在功率之和，而应该是22SPQ9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率WWWVVVUUUWVUIUIUIUPPPP coscoscos WWWVVVUUUWVUIUIUIUQQQQ sinsinsin 对称三相负载对称三相负载 Z plplIIUU , :Y3接接plplIIUU3 , :接接对称三相负载对称三相负载Z9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率一、对称三相电路的功率一、对称三相电路的功率 cos3cos33llPPPIUIUPP cosPPPIUPP33 coscosllPPPIUIUPP333 视在功率视在

23、功率无功功率无功功率IUIUQllppsin3sin3 功率因数也可定义为功率因数也可定义为 cos =P/S (不对称时不对称时 无意义无意义)一般来讲，一般来讲，P、Q、S 都是指三相都是指三相总和。总和。这些结论很这些结论很重要，一定重要，一定要记住哦！要记住哦！(1) 为相电压与相电流的相位差角为相电压与相电流的相位差角(阻抗角阻抗角)，不要误以为，不要误以为是线电压与线电流的相位差。是线电压与线电流的相位差。(2) cos 为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数为每相的功率因数，在对称三相制中即三相功率因数 cos U= cos V = cos W= cos 。ppllIUP

24、IUP33 cos (3) 电源发出的功率电源发出的功率(或负载吸收的功率或负载吸收的功率)。9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率注意注意例例9-4 有一个对称三相负载，每相负载有一个对称三相负载，每相负载Z = (3+j4)，接，接在线电压为在线电压为380V的三相对称电源上，分别计算下面两种情的三相对称电源上，分别计算下面两种情况下负载的有功功率，并比较其结果。况下负载的有功功率，并比较其结果。（1）负载为三角形联结；（）负载为三角形联结；（2）负载为星形联结。）负载为星形联结。解解:（1）负载为三角形联结时，每相负载的阻抗）负载为三角形联结时，每相负载的阻抗 22C5ZRX线电流

25、线电流L33 76A 132APII功率因数功率因数R3cos0.65Z有功功率有功功率3cos3 380 132 0.6W52 WLLPU IK9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率相电压相电压380VPLUU相电流相电流380A76A5PPUIZ（2） 负载为星形联结时负载为星形联结时 相电压相电压380V220V33LPUU L220A44A5PPUIIZ相电流相电流YP3cos3 380 44 0.6W=17.4kWLLU I有功功率有功功率比较两种结果比较两种结果: 3YPP要使负载正常工作，负载的接法必须正确，若正常工作是要使负载正常工作，负载的接法必须正确，若正常工作是星形联结而误接成三角形，将因每相负载承受过高电压，星形联结而误接成三角形，将因每相负载承受过高电压，导致功率过大而烧毁；若正常工作是三角形联结而误接成导致功率过大而烧毁；若正常工作是三角形联结而误接成星形，则会因功率过小而不能正常工作。星形，则会因功率过小而不能正常工作。9-5 9-5 三相电路的功率三相电路的功率(1) 三表法：三表法：若负载对称，则需一块表，读数乘以若负载对称，则需一块表，读