第4章 三相交流电路

第4章三相交流电路4.1三相电动势的产生与三相电源的联结

4.2三相电路负载的联结

4.3三相电路的功率4.4三相电路的仿真分析

4.1三相电动势的产生与三相电源的联结4.1.1三相电动势的产生

4.1.2三相电源的连接4.1三相电动势的产生与三相电源的联结图4-1三相交流发电机原理图4.1.1三相电动势的产生图4-2三相电动势的相量图和波形图4.1.2三相电源的连接1.三相电源的星形(ㄚ)联结如图4-3a所示，如果把三相电源的末端U、V、W连接在一起形成一个公共点N，而从三相电源的首端U、V、W向外引出的三条输出线，这就构成了三相电源的星形(ㄚ)联结。

2.三相电源的三角形(△)联结如果把对称三相电源顺次相接，即Ｕ２与Ｖ１，Ｖ２与Ｗ1，Ｗ２与Ｕ1，组成一回路，再从三个联结点引出三条导线向外送电，如图4-4所示，就构成了三相电源的三角形联结。

1.三相电源的星形(ㄚ)联结图4-3三相电源联结及电压相量图1.三相电源的星形(ㄚ)联结1.三相电源的三角形(△)联结图4-4三相电源的三角形联结2.三相电源的三角形(△)联结。2.三相电源的三角形(△)联结4.2三相电路负载的联结4.2.1负载星形联结的三相电路

4.2.2负载三角形联结的三相电路4.2.1负载星形联结的三相电路1.对称负载星形联结的三相电路

2.不对称负载星形联结的三相电路4.2.1负载星形联结的三相电路图4-5负载是星形联结的电路1.对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路图4-7三相三线制电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路2.不对称负载星形联结的三相电路4.2.2负载三角形联结的三相电路1.对称负载三角形联结的三相电路

2.负载不对称三角形联结的三相电路4.2.2负载三角形联结的三相电路图4-11负载为△联结

的三相电路1.对称负载三角形联结的三相电路1.对称负载三角形联结的三相电路1.对称负载三角形联结的三相电路图4-12对称负载三角形

联结的电流相量图1.对称负载三角形联结的三相电路1.对称负载三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路2.负载不对称三角形联结的三相电路4.3三相电路的功率4.3.1三相交流电路的功率

4.3.2对称三相电路中的瞬时功率

4.3.3三相电路功率的测量4.3.1三相交流电路的功率1.平均功率P

2.无功功率Ｑ

3.视在功率Ｓ

4.功率因数cosφ

1.平均功率P1.平均功率P2.无功功率Ｑ3.视在功率Ｓ4.功率因数cosφ4.3.2对称三相电路中的瞬时功率对称三相制的瞬时功率是一个常量，其值等于平均功率Ｐ。由于瞬时功率为常值，所以三相电动机的瞬时机械转矩也是常值，因而运行比较平稳，这是三相电动机的优点之一，瞬时功率是一个常值，这是对称三相制的一个优越的性能，习惯上将这一性能称为瞬时功率平衡或平衡制。4.3.2对称三相电路中的瞬时功率4.3.2对称三相电路中的瞬时功率4.3.3三相电路功率的测量1.三相四线制电路功率的测量三相四线制电路负载不对称星形联结，可用三只功率表分别测量各相功率，电路的接线图如图4-15所示。

2.三相三线制电路功率的测量在三相三线制电路中，不论对称与否，可使用二表法的方法来测量三相功率，它们的接线图如图4-16所示。1.三相四线制电路功率的测量2.三相三线制电路功率的测量2.三相三线制电路功率的测量4.4三相电路的仿真分析利用EWB可以对三相交流电路进行仿真研究，依据三相交流电路的特征，分别对负载的对称和不对称情况下的电路中电流、电压进行仿真研究，应用的元件和仪器分别包括在基本元件库(Basic)、信号源库(Sources)、指示器件库(Indicators)和仪器库(Instruments)中。4.4三相电路的仿真分析1)首先从基本元件库(Basic)中选取电阻和电感元件，双击元件符号，打开属性(ResistorProperties)对话框，选中卡，将电阻值均设为8Ω,电感值均设为19.1mH。从电源库(Sources)中选取三个交流电压源，双击元件符号，将电压源的有效值设为120V，频率设为50Hz，相位分别设为0°、120°和240°。同样从指示器件库(Indicators)选取电流表元件，双击元件符号，将电流表的属性设为交流(AC)。为了使得电路元件排放规则，可以利用工具按钮中的(Rotate,FlipHorizontal和FlipVertical)按钮将水平放置的元件置为垂直放置、水平转向和上下翻转。然后按照电路结构，连接元件。图4-17的仿真连线图如图4-18所示。电压源的属性对话框如图4-19所示，电流源的属性对话框如图4-20所示，注意仿真电路必须有接地参考点。4.4三相电路的仿真分析2)在EWB平面上画仿真图，首先从基本元件库(Basic)中选取电阻和电感元件，双击元件符号，打开属性(ResistorProperties)对话框，选中"Value"卡，将电阻和电感设为相应的值。

3)将开关S闭合，激活EWB界面右上角的仿真开关，系统开始仿真，各个支路的相电压、相电流以及中性点之间的电压、中性线电流的仿真结果将显示在交流电流表上，如图4-22所示。4.4三相电路的仿真分析4)关闭仿真开关，将开关S断开，然后在激活EWB界面右上角的仿真开关，系统开始在新的电路结构下进行仿真，相应的指示仪表显示了各个支路的相电压、相电流以及中性点之间的电压、中性线电流的值，仿真结果如图4-23所示。

5)为进一步验证仿真结果的正确性，可计算图4-21的理论值。

例4-7图4-17例4-7图图4-18例4-7仿真图例4-7图4-19电压源的属性对话框例4-7图4-20电流源的属性对话框例4-7例4-8例4-8三相电路如图4-21所示，电源电压为380V/220V。U相为一只220V/40W、cosφ=0.5的荧光灯，V相为一只220V/40W、cosφ=0.5的荧光灯和220V/40W的一盏白炽灯并联，W相为5只220V/100W的白炽灯的并联。利用EWB仿真出：1)S闭合时负载的相电压、相电流和中性点之间的电压、中性线电流；2)S断开时负载的相电压、相电流和中性点之间的电压、中性线电流。

图4-21例4-8图例4-8例4-8图4-22仿真连线及结果图例4-8图4-23开关断开后的仿真结果图例4-81.实验目的1)学习负载的星形和三角形联结方法。

2)学习利用EWB验证三相电路中负载对称和不对称时电压和电流的线值与相值关系。

3)学习EWB中虚拟仪器电压表、电流表的使用方法以及电源库、接地点的使用方法。

2.实验原理实验原理如图4-24所示。图4-24实验原理图

a)星形联结b)三角形联结3.实验内容和方法1)在EWB中创建仿真的连线图。

2)将开关A、B、C掷于上端，电路做星形联结，同时开关D、E掷于下端，负载处于对称运行状态，此时激活仿真开关，仿真结果如图4-25所示，同时将仿真结果填入表中。

3)开关A、B、C、D和E的位置不变，关闭仿真开关，将开关S掷于下端，中性线断开，然后再次激活仿真开关，中性线断开时的仿真图如图4-26所示，同时将仿真结果填入表4-1中。

4)将开关A、B、C掷于下端，电路三角形联结，同时开关D、E掷于下端，负载处于对称运行状态，此时激活仿真开关。

5)为进一步验证仿真结果的正确性，可计算上述情况的理论值。

3.实验内容和方法1.三相电动势是由三相交流发电机产生的，对称的三相电源是指三相电源的电压幅值相等频率相同、相位上彼此相差120°。2.三相电路的负载及电源的联结均有ㄚ和△联结两种，通常三相电源的联结方式为ㄚ。

3.负载作ㄚ联结的电路，在对称情况下有Ｕl＝Ｕp，相位上Ｕl超前相位Ｕp３０°，电流之间的关系为Ｉl＝Ｉp。

4.不对称负载星形联结时，采用三相四线制，这时负载能获得对应三相电压，中性线的作用是保证每相负载获得与电源电压基本相等的端电压，以确保三相负载能够正常工作。

3.实验内容和方法5.负载作△联结的电路，在对称情况下有Ｕl＝Ｕp，Ｉl＝Ｉp，相位上，线电流滞后相应相电流３０°，若负载不对称，则逐相计算。

6.三相电路的功率有平均功率、无功功率、视在功率、瞬时功率。7.三相电路中的支路电