三相交流电路及分析

1、三相交流电路及分析第1页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日要求： 1. 搞清对称三相负载Y和联结时相线电压、相线电流关系。 2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。 3. 掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。 第2页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日一、三相交流电源1、三相电动势的产生NSAXe在两磁极中间，放一个线圈。根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由AX。让线圈以 的速度顺时针旋转。 合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。第3页，共52页，2022年，5月20日，

2、0点12分，星期日 图4.1.1 三相交流发电机示意图(尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端)+ +_eeAX 图4.1.2 三相绕组示意图图4.1.3电枢绕组及其电动势定子转子ZAXYNSC-+B转子装有磁极并以 的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。第4页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日三相电动势瞬时表示式相量表示铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120: 直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构第5页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日三相电动势的相量关系：Em 第6页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日对称三相电

3、动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为 A B C第7页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 2、三相交流电源的连接 1. 星形接法AXYCBZN 三个独立的发电绕组第8页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日（中线）（火线）（火线）（火线）AXYCBZN三相四线制供电火线（相线）:ABC中线（零线）：N(1) 联接方式第9页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 三相电源星形接法的两组电压相电压：火线对零线间的电压。

4、ACBN120120120第10页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日线电压：火线间的电压。CABN注意规定的正方向第11页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日(2) 线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得相量图 30AXYZNBCeA+eC+eB+第12页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 同理：第13页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日线电压与相电压的通用关系表达式： -为相电压 -为线电压在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为第14页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 2. 三

5、角形接法AAXYCBZBC特点：线电压=相电压第15页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日短路+E三个电源串接能否造成短路？直流电源行吗？AXYZBC问题讨论+-EEE直流电源串接不行，三相交流电源可以， 为什么？第16页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日AXYZBCEm三相交流电源中三个电源可以串接的原因在于： 三个电源的电压任何瞬间相加均为零。第17页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日星形接法ACB NZZZ二、三相负载及三相电路的计算三角形接法ACBZZZ负载也有两种接法:第18页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星

6、期日三相负载不对称三相负载： 不满足 ZA =ZB = ZC 如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：ZA=ZB= ZC 如三相电动机1. 三相负载分类单相负载：只需一相电源供电 照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电 三相电动机等第19页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日三相负载连接原则（1） 电源提供的电压=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。AB电源C保险丝三相四线制380/220伏N 额定相电压为220伏的单相负载 额定线电压为380伏的三相负载第20页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 2. 负载星形联结的三

7、相电路线电流：流过端线的电流相电流：流过每相负载的电流Y: 三相三线制Y0：三相四线制(1) 联结形式+ZBZCZANN+N 电源中性点N负载中性点第21页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日(2) 负载Y联结三相电路的计算1)负载端的线电压电源线电压2)负载的相电压电源相电压3)线电流相电流Y 联结时：4)中线电流负载 Y 联结带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算+ZBZCZANN+第22页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。(3) 对称负载Y 联结三相电路的计算所以负载对称时，三相电流也对称。 负载对称时，只

8、需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。+ZBZCZANN+第23页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日例1：N+NRARBRCACB若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。 负载为电灯组，流 IN ;中性线电流 IN 。第24页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日中性线电流解：已知：N+NRARBRCACB(1) 线电流 三相对称第25页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日(2) 三相负载不对称（RA=5 、R

9、B=10 、RC=20 ） 分别计算各线电流中性线电流第26页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日例2:求例1电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。则节点电压负载电压NNRBRC.RA+解：设第27页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日可见： 1. 不对称三相负载做星形联结且无中性线时, 三相负载的相电压不对称。 第28页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日讨论讨论照明电路能否采用三相三线制供电方式？ACB.一层楼二层楼三层楼N不加零线会不会出现问题?第29页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 设线电压为380V。

10、A相断开后，B、C 两相串连，电压UBC （380V）加在B、C负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为190V。问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通, 情况如何?ACB.一层楼二层楼三层楼分析：结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。第30页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 问题2：若一楼断开，二、三楼接通，两层楼 灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4 ）结果如何？结果：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。ACBR2R3分析第31页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载

11、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，都不能正常工作。比如，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。 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不允许接刀闸。 第32页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日1. 联结形式4.3 负载三角形联结的三相电路线电流: 流过端线的电流相电流: 流过每相负载的电流 、 、ZABZBCZCAACB+第33页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日线电流不等于相电流(2) 相电流(1

12、) 负载相电压=电源线电压即: UP = UL 一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即2. 分析计算ZABZBCZCAACB+相电流：线电流： UAB=UBC=UCA=Ul=UP第34页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日相量图BCABCABCABCA30负载对称时, 相电流对称，即BC(3) 线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即 。 线电流比相应的相电流滞后30。第35页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日三相负载的联接原则负载的额定电压 = 电源的线电压应作 联结负载的额定电压 = 电源线电压应作 Y 联结 应使加于每相负

13、载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。第36页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日4.4 三相功率无论负载为 Y 或联结，每相有功功率都应为 Pp= Up Ip cosp对称负载 联结时： 同理对称负载Y联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P = 3Up Ipcosp所以第37页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 有一三相电动机, 每相的等效电阻R = 29, 等效 感抗XL=21.8, 试求下列两种情况下电动机的相电流、 线电流以及从电源输入

14、的功率，并比较所得的结果： (1) 绕组联成星形接于UL =380 V的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于UL=220 V的三相电源上。例1:解:(1)第38页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日(2) 比较(1), (2)的结果: 有的电动机有两种额定电压, 如220/380 V。当电源电压为380 V时, 电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220 V时, 电动机的绕组应联结成三角形。 在三角形和星形两种联结法中, 相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大 倍。第39页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星

15、期日例2:各电阻负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。ABC 线电压Ul为380 V的三相电源上，接有两组对称三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗 ; 另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻R =10, 如图所示。试求：各组负载的相电流；(2) 电路线电流；(3) 三相有功功率。设解：第40页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为(2) 电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示第41页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日一相电压与电流的相量图如图所示(3)

16、三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o第42页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 三相对称负载作三角形联结，UL =220V，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率 P = 4.5 kW，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P； 3) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。例3：ZCAAAAS1S2ZABZBCCAB第43页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日或：P =I 2R P =UIcostg =XL / R 解：(1) 由已知条件可求得ZCAAAAS1

17、S2ZABZBCCAB第44页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日2) S1闭合、S2断开时 IA=IC =10A IB =17.32 A 流过电流表 A、C 的电流变为相电流 IP，流过电流表B 的电流仍为线电流IL 。因为开关s均闭合时 每相有功功率 P =1.5 kW 当 S1合、S2断时，ZAB、ZBC 的相电压和相电流不变，则PAB、PBC不变。P = PAB+PBC = 3 kWS1AAAS2ZABZCAZBCCAB第45页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日IB = 0A 3) S1断开、 S2闭合时变为单相电路ZABZBCZCAACI1I2

18、I1 仍为相电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。 IA=IC =10 A+ 5 A= 15A I2 变为 1/2 IP，所以 AB、 BC 相的功率变为原来的1/4 。 P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kWAAAS1S2ZABZBCZCAABC第46页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦 日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1), 它们的额定电压都是220V，由380V/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？例4：解: (1) 该照明系统与电网连接图NABC30盏+70盏第47页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日解: (1) 该照明系统与电网连接图NABC30盏+70盏V (2) 计算线电流U .设 =220 0第48页，共52页，2022年，5月20日，0点12分，星期日三相交流电路的小结（1）-三相电源三相三线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。第49页，共52页，2022年，5月20日，0点