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文档简介
1、三相交流电路定稿1应用科技学院 胡机秀编第1页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日第三章 三相交流电路本章要求:1.掌握三相四线制供电系统中的电压关系;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,3.理解三相交流电路中电压和电流的基本关系;4. 掌握对称三相交流电路中电压、电流及功率的计算。5.理解三相四线制中中线的作用。(本章教学课时2学时)2应用科技学院 胡机秀编第2页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 图3-1 a) 三相交流发电机结构示意图第一节 三相电源1. 三相对称电动势(1)电动势的产生工作原理:动磁生电(尾端)(首端)+eU
2、eVeWU2U1V1V2W1W2+ 图3-1 b) 三相绕组产生的电动势U2定子转子3应用科技学院 胡机秀编第3页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日(2)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4应用科技学院 胡机秀编第4页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日(3)对称三相电动势的瞬时值之和为 0(4)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 U V W5应用科技学院 胡
3、机秀编第5页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日二. 三相四线制电源(1) 联接方式中性线(零线、地线)中性点端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地,所以也称地线。相电压:端线与中性线间(发电机每相绕组)的电压线电压:端线与端线间的电压、Up 三相相电压对称+、UlXYZNBCAeA+eC+eB+6应用科技学院 胡机秀编第6页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日图3-3 电源联接的电路模型 由三条相线和一条中线构成的供电系统称为三相四线制供电系统。通常低压供电网均采用三相四线制。常见的只有两条导线的供电电路一般只包括三相中的一相, 由一条相线和一条中线
4、组成。7应用科技学院 胡机秀编第7页,共36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+8应用科技学院 胡机秀编第8页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日提示:一般低压供电的线电压是380V,它的相电压是 =220V.可根据额定电压决定负载的接法: 若负载额定电压是380 V, 就接在两条相线之间; 若负载额定电压是220 V, 就接在相线和中线之间。各种照明灯具、家用电气都采用220V,这类电气设备只需要单相电源就能工作,统称为单相负载。另一类电气设备必须接到三相电源上才能正
5、常工作,如:三相交流电动机、大功率的三相电炉等,称为三相负载。9应用科技学院 胡机秀编第9页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 第二节 负载的星形联结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 三相电动机等三相负载的联接 三相负载也有 Y和 两种接法,至于采用哪种方法 ,要根据负载的额定电压和电源电压确定。10应用科技学院 胡机秀编第10页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日
6、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伏的三相负载图 3-5 负载的星型联接11应用科技学院 胡机秀编第11页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日图3-6 负载星形连接的三相四线制电路 12应用科技学院 胡机秀编第12页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 负载星形连接的三相四线制电路如图3-6所示,若不计中线阻抗(ZN=0), 则电源中点N与负载中点N等电位。 若端线阻抗可以忽略不计(Zl=0), 则
7、负载的相电压与电源的相电压相等, 即 ;负载的线电压与电源的线电压相等, 即 。 13应用科技学院 胡机秀编第13页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 负载星形连接时, 电路有以下基本关系: (1) 三相电路中的电流有相电流与线电流之分, 每相负载中的电流 称为相电流, 每条端线中的电流 称为线电流, 很显然, 相电流等于线电流, 即 如果用Ip表示相电流, 用Il表示线电流, 一般可写成 Ip=Il14应用科技学院 胡机秀编第14页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 (2) 三相四线制电路中, 各相电流可分成三个单相电路分别计算, 即式中 15应用科技
8、学院 胡机秀编第15页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 图3-7 负载星形连接时的相量图(a) 三相负载不对称; (b) 三相负载对称 16应用科技学院 胡机秀编第16页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 若三相负载对称, 即ZU=ZV=ZW=Z= |Z| 时, 有 因而相电流或线电流也是对称的。 显然, 在三相负载对称的情况下,三相电路可归结到一相来计算。 二、三相负载对称的情况17应用科技学院 胡机秀编第17页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 3) 负载的线电压就是电源的线电压。 在对称条件下, 线电压是相电压的3倍, 且超前
9、于相应的相电压30。 4) 中线电流等于三个线(相)电流的相量和。 根据图 3-6, 由基尔霍夫电流定律有18应用科技学院 胡机秀编第18页,共36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。二、三相负载对称的情况所以负载对称时,三相电流也对称。 负载对称时,只需计算一相电流,其它两相电流可根据对称性直接写出。+ZBZCZANN+19应用科技学院 胡机秀编第19页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日3 .系统故障分析解: (1) A相短路1) 中性线未断 N RA 5 RC RB 10 ABNC 此时A相短路电流很大,将A相熔断丝熔断
10、,而 B相和C相未受影响,其相电压仍为220V, 正常工作。 在三相照明系统中,试分析下列情况 (1) A相短路: 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。 (2) A相断路: 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。2020应用科技学院 胡机秀编第20页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 此情况下,B相和C相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压(220V) ,这是不允许的。 2) A相短路, 中性线断开时, 此时负载中性点N即为A, 因此负载各相电压为 ABNCNiAiCiB+21应用科技学院 胡机秀编第21页,共36
11、页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 (2) A相断路 2) 中性线断开 B、C相灯仍承受220V电压, 正常工作。1) 中性线未断变为单相电路,如图(b)所示, 由图可求得IBCUAUB+(b) NRARCRBABNC(a)22应用科技学院 胡机秀编第22页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日结论 (1)不对称负载Y联结又未接中性线时,负载相电压不再对称,且负载电阻越大,负载承受的电压越高。 (2) 中线的作用:保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 (3)照明负载三相不对称,必须采用三相四线制供电方式,且中性线(指干线)内不允许接熔断器或刀闸开关。 23应用科
12、技学院 胡机秀编第23页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日例3-1: 三相四线制电路如图所示,已知每相负载阻抗Z=(6+8j ) ,外加线电压 Ul=380V。试求 负载的相电压和相电流。N+NZACBZZ24应用科技学院 胡机秀编第24页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日解:设N+NZACBZZ(1) 相电压(2) 相电流三相对称25应用科技学院 胡机秀编第25页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日第三节 负载的三角形连接 如果将三相负载的首尾相连, 再将三个连接点与三相电源端线U、 V、 W连接, 就构成了负载三角形连接的三相三线制
13、电路, 如图3-11所示。图3-11 负载的三角形连接 26应用科技学院 胡机秀编第26页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 图3-11中, ZUV、 ZVW、 ZWU分别是三相负载的复阻抗, 各电量的参考方向按习惯标出。 若忽略端线阻抗(Zl=0), 则电路具有以下基本关系: (1) 由于各相负载都直接接在电源的线电压上, 所以负载的相电压与电源的线电压相等。 因此, 无论负载对称与否, 其相电压总是对称的, 即有效值关系为 27应用科技学院 胡机秀编第27页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 (2) 各相电流可以分成三个单相电路分别计算, 即28应用
14、科技学院 胡机秀编第28页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日三角形连接的相量图: 图3-12 负载三角形连接时的相量图(a) 负载不对称; (b) 负载对称 (3) 各线电流可利用基尔霍夫电流定律计算如右:29应用科技学院 胡机秀编第29页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日二、对称负载的情况如果负载对称, 即 ,则负载的相电流也是对称的, 此时, 相电流可归结到一相来计算, 即负载对称时可做出相量图如3-13所示,从图中可得出:图3-13对称负载三角形连接时线电流与相电流之间的相量关系30应用科技学院 胡机秀编第30页,共36页,2022年,5月20日,
15、0点12分,星期日 即线电流是相电流的 倍, 且滞后于相应的相电流30。 三、负载不对称的情况在三相不对称负载做三角形联接时,相电流及线电流都是不对称的,但相电压总是对称的,即等于电源线电压,若某一相负载断开,并不影响其他两相的工作,接在该两相上的单相负载仍能正常工作31应用科技学院 胡机秀编第31页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日 例3-2 如图3-11所示的三相三线制电路, 各相负载的复阻抗Z=6+j8 , 电源电压为380 V, 试求负载的相电流和线电流。 解由于是对称电路, 所以可将三相电路归结到一相来计算。 其相电流为线电流为 相电压与相电流的相位角为 32应用
16、科技学院 胡机秀编第32页,共36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)。33应用科技学院 胡机秀编第33页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日3.4 三相电路的功率无论负载为 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34应用科技学院 胡机秀编第34页,共36页,2022年,5月20日,0点12分,星期日3.4 三相电路的功率2.瞬时功率 由于对称三相负载的相电压和相电流是对称的,它们的瞬时功率分别为:故对称三相负载的瞬时功率为结论:对称三相负载的瞬时功率是不随时间变换的,在任意瞬间都等于平均功率P。所以三相电机的瞬时转矩也是常量,因而运转平稳!这是三相电机优点之一!35应用科技学院 胡机秀编第35页,共36页,2022年,5月20日,0点1
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