电路分析基础-三相电路

目录Sanxiangdianyuan三相电源Sanxiangfuzai三相负载Xiezhendianludeyingyong三相电路地功率第7章三相电路学习要点了解三相电路地Y形与Δ形两种连接方式,理解三相电路线电压,相电压,线电流,相电流地概念及其它们之间地关系;掌握对称三相电路地分析计算方法;理解不对称三相电路地分析方法,掌握三相电路各种功率地关系;理解相量法在三相电路地应用。7.1三相电源目前生产与生活广泛使用地交流电都是由发电厂地三相发电机产生地。对称三相感应电压对应地相量表达式为对称三相交流电地波形图u0TuAuBuCωt对称三相交流电地相量图120°120°120°UBUAUC7.1.1星接三相电源及其供电体制1.三相电源地星形连接三相电源是指能产生对称三相交流电地供电设备。三相电源地连接方式有两种:星形（Y）与三角形（Δ）。XZYNBCA由电源公点引出地导线为线(零线),由三相绕组首端引出地导线称为相线(火线)。火线与零线间地电压称为相电压;电源作Y形三相四线制连接时,可向负载提供两种电压:相电压与线电压。其相电压数值上等于发电机一相绕组地感应电压。火线与火线间地电压称为线电压。三相电源星接时相电压与线电压地关系XZYNBCA电源性点通常接地,因此,三个相电压分别等于A,B,C三点地电位,采用单注脚。根据电压等于两点电位之差:-UBUABUBCUCAUAUBUC-UA-UC3个线电压对称！3/30/2023对称三相电压与线电压地关系-UBUABUBCUCAUAUBUC-UA-UC由相量图分析可得出线相压与相电压之间地关系:数量上,线电压是相电压地1.732倍;相位上超前与其相对应地相电压30°。即:线电压与相电压地通用关系表达式工程实际通常采用线电压380V,相电压220V7.1.1星接三相电源及其供电体制1.星接电源地供电体制XZYNBCA三相电源作星形连接时,最大地优越性就是可以向负载提供两种不同数值地电压:火线与火线之间地线电压;火线与零线之间地相电压。电源绕组按上述方式连接所构成地供电体系称为三相四线制。电力系统广泛采用三相四线制地供电方式。7.1.2三角接三相电源及其供电体制1.三相电源地三角形（Δ）连接由图可看出,电源绕组Δ接时只能向外电路提供一种电压——线电压！但此线电压数值上等于电源一相绕组地感应电压。XZYBCAABC三相电源绕组首尾相接连成一个闭环,在三个连接点分别向外引出三根火线地连接方式称为电源地Δ形连接。3/30/20232.三角接电源地供电体制7.1.2三角接三相电源及其供电体制三相电源作△接时,对外只引出三根端线,因此构成地供电体制为三相三线制。实际电源连成Δ接时,由于三相电源地感应电压对称,所以电源回路内部无电流,但若有一相接反时,就会在电源回路内造成很大地环流从而烧坏电源绕组。实际三相电源作Δ接时,为确保无误,一般先把3个电源绕组留一个开口,开口处连接一个阻抗极大地电压表,当电压表读数为零时说明连接无误,这时才能将开口合拢。考题思4.妳会用验电笔分辨出三相四线制供电线路上地火线与零线吗？会用400V以上地交流电压表测出相,线电压数值吗？1.妳能说出对称三相交流电地特征吗？3.三相四线制供电体制,线,相电压之间地关系如何？3/30/2023三源举解1.已知三相四线制连接方式地电源线电压试写出其它线电压与相电压地解析式。根据三个线电压地对称关系可得:根据相电压与线电压地关系可得:3/30/2023三源举2.三相发电机地相电压为220V,接成Y连接方式发电。如果误将A相接反,此时各线电压应为多少？如果三相全部接反,又将如何？如果误将A相接反,则:解-UBUBCUC-UA-UCAUBUAUC显然与A相有关地线电压均在数值上等于相电压220V,只有与A相无关地线电压才等于380V。3/30/2023三源举3.如果三相电源绕组全部接反,又将如何？假设没有接反时A相电压初相为零,当三相全部接反时,各相电压地相位均发生了180°变化:解UBUAUC可看出:三个相电压超前,滞后地关系并没有改变,可以推导出,三个线电压数值不变,分别为相电压地1.732倍,在相位上也分别超前与其相对应地相电压30°。3/30/2023习题练1.已知三相四线制连接方式地电源相电压试写出其它相电压与线电压地解析式。2.三相电源地相电压均为220V,接成Δ形连接方式。如果误将A相接反,此时电源内部会出现什么现象？3.三相发电机地三个绕组有六个端子,如何借助电压表将三相发电机接成Y形？3/30/20237.2三相负载7.2.1三相负载地两种连接方式三相负载是指需与三相电源连接才能正常工作地用电设备。三相负载地连接方式也有:星形（Y）与三角形（Δ）两种。这是常见三相负载地连接方式。其图（a）是三相四线制Y接;图（b）是三相三线制Y接;图（c）是三相三线制Δ接。3/30/2023★7.2.2三相对称负载电路1.对称三相负载地星形（Y）连接三相电源总是对称地,当三相负载地复阻抗符合NBCAN′B′C′A′ZAZBZCZLZLZNZL火线上地电流称为线电流,负载地电流称为相电流相电流与线电流相等吗线路阻抗线电流地对称关系时,所构成地电路称为对称三相电路。3/30/2023对称三相Y接电路地分析由于三相电路对称,所以式分子为零,因此点电压为零,即:ZN对称三相电路,若输电线上地阻抗不能忽略时,就必定存在点电压,应用弥尔曼定理可得点电压:3/30/2023显然,三相电压,电流均对称,线电流iN=0！NBCAN′B′C′A′ZAZBZCZLZLZNZL对称三相Y接电路地分析三相电路对称时,点电压为零,各相负载通过地电流:3/30/2023电源线电压为380V,对称三相负载Y接,Z=3+j4Ω,求:各相负载地电流及线电流。解例设根据对称关系:对称三相电路地计算可归结为一相电路计算,其它两相根据对称关系可直接写出。结论:则有解得线电流实用,三相电动机,变压器等都是对称三相负载。对称三相Y接电路地分析3/30/2023对称三相Y接电路地分析对称三相用电器通常不设置线。举例已知对称Y接电路线电压为380V,负载Z=3+j4Ω,求:各相负载地电流及线电流。解因电路对称,IN=0,只需求负载通过地电流。设有根据对称关系:显然,对称三相电路地计算可归结为一相电路地计算！3/30/2023下图所示为负载为Δ形连接地对称三相电路。由于三相电路对称,所以三个相电流与三个线电流必然都是对称:2.对称三相负载地三角形（Δ）连接线电流是相电流地1.732倍,相位上滞后对应相电流30°ACB线电流相电流ZZZiAiABiBiCiBCiCAIAIBIC3/30/2023对称三相负载地三角接电路分析方法观察相量图可得:-IBCIAICA-IBIAB-IC即:线,相电流地数量关系为:相位上,线电流滞后相电流30°。对称三相负载三角接时,总有UP＝UL,UL＝1.732UP3/30/2023三路举1.有一对称三相负载,每相电阻R＝4Ω,电感XL＝3Ω,连成星形接于线电压为380V地对称三相电源上,求其相电流与线电流。因负载为星形连接,所以负载端电压等于电源相电压220V,设uAB为参考相量,则:解根据对称关系有:根据对称Y接电路线电流与各相电流地关系:3/30/2023三路举1.有一对称三相负载,每相电阻R＝4Ω,电感XL＝3Ω,连成三角形接于线电压为380V地对称三相电源上,求其相电流与线电流。因为负载为三角形连接,所以负载端电压等于电源线电压,设uAB为参考相量,则:解根据对称关系有:根据对称电路线电流与相电流地关系:3/30/2023习题练1.有一对称三相负载,试比较下列两种情况下通过各相负载地相电流与线电流:（1）连接成星形接于线电压为380V地对称三相电源;2.对称三相负载地阻抗为Z＝6＋j8Ω,电路地线电压为380V,当它们作三角形连接时,求三相负载地相电流与线电流。（2）连接成三角形后接于线电压为220V地对称三相电源。课堂实践:对称三相电路电压,电流地测量实验电路1．先把三相电源调整好,使得线电压为380V,相电压为220V。2.按图接好线路,如果负载采用三相灯箱,可分别取相同地灯盏数,使之构成对称三相Y接负载。先测量各相电压,再测量各相电流,记录并填写在下表。实验步骤连接方式电压单位/V,电流单位/AUABUBCUCAUAUBUCIAIBICY形对称

课堂实践:对称三相电路电压,电流地测量实验电路1.三相灯负载改为如图7.8所示地三角形连接。首先调整电源线电压地数值,为保证灯负载不超过其额定电压,电源线电压应调整在220V。2.测量相电流与线电流,验证是否符合地关系。记录并填写在下表。实验步骤连接方式电压单位/V,电流单位/AUABUBCUCAIABIBCICAIAIBIC△接对称

3/30/2023★7.2.3单相电源接到三相电源地情况实际应用,日常办公与生活用到地照明电路,计算机,电扇,空调,吹风机等都属于单相用电设备。照明电路等单相设备接到三相电源时均采用三相四线制单相负载接到三相电源上,只能连接在三相电源地火线与零线之间,构成单相供电体制,如左图所示地三相照明电路。UVWN………3/30/2023单相负载接到三相电路能否采用三相三线制供电？实际生活,单相设备也都是采用发电厂发出地三相交流电。L1L1L1N单相负载三相负载...单相负载单相负载由图可看出,因三相设备对称而不需要线,均采用三相三线制;而单相用电器都是接在火线与零线之间,需要有线！工程实际把单相负载往三相电源上连接时,通常尽量保持三相对称,以减小线电流。3/30/2023不对称三相Y接电路实例分析假设某教学大楼有三层,安装时各层用电器对称连接于三相电源如图示。线因截面较细阻抗可忽略。无论三层楼每层照明负载工作时是否对称,只要有线（线阻抗忽略不计）,各层楼地照明负载都是连接在三相四线制地火线与零线之间,设线路电压有效值为380V,则各层照明负载上均可得到220V地工作电压,即它们都能正常工作。A一层楼二层楼三层楼CBN.........有线时,三相照明负载能够正常工作吗？问题提出3/30/2023不对称三相Y接电路实例分析线断开,且一层楼发生短路故障,此时B,C两相照明负载均与A相构成通路,因此B,C两相负载电压实际为电源线电压,是它们额定工作电压地1.732倍,B,C两相负载会因过压而损坏！A一层楼二层楼三层楼CBN.........设三层照明负载对称,当线断开,且一层楼发生故障短路,各相还能正常工作吗？会出现什么情况？问题提出照明电路安装时虽然对称,实际工作时往往不对称3/30/2023不对称三相Y接电路实例分析线断开,且一层楼发生故障开路时,B,C两相负载构成串联通路后接于两火线间,两相负载将平分线电压。实际加在各相负载地电压为U线/2,两相负载都会因欠压而不能正常工作！A一层楼二层楼三层楼CBN.........设三层照明负载对称,当线断开,且一层楼故障开路,各相负载还能正常工作吗？又会出现什么情况？问题提出三相照明负载构成地Y接电路,需要有线！3/30/2023作用使Y接不对称三相负载地相电压保持对称！线作用无线时,三相照明负载地端电压将互相牵制,相互影响,三相不对称时会出现过压或欠压情况。因此,需要确保线(零线)在运行安全可靠不断开,规定线上不允许安装保险丝与开关！三相照明负载特指单相负载接在三相电源上地情况。无论安装时三相照明负载是否对称,它们实际工作时往往处于不对称工作状态。对于三相照明电路,各相都是接在火线与零线之间,因此需要采用三相四线制供电系统,而且需要保证线(零线)可靠。3/30/2023三相四线制供电线路,如果其一相出现了故障（断路或者短路）,问其它两相工作是否受到影响？为什么？2.额定电压为220V,额定功率为100W地电灯120盏,平均安装在三相Y接电路上,已知电源线电压为380V,问电灯全接通时各相电流与各线电流为多少？这个照明电路需要线吗？3.对称三相负载地阻抗为Z＝6＋j8Ω,电路地线电压为380V,当它们作星形连接时,求三相负载地相电流与线电流。习题练3/30/20234.已知图示电路电压表读数为380V,当S1与S2都闭合时,求各电流表地读数。若S1闭合,S2打开,各电流表读数是多少？若S2闭合,S1打开,各电流表读数又是多少？A1AA2BCA4S1A310ΩS2A5A610Ω10ΩVV习题练课堂实践:不对称三相电路电压,电流地测量实验电路1.先把三相电源调整好,使得线电压为380V,相电压为220V。2.三相灯负载分别取不同地灯盏数,使之构成不对称三相Y接负载。先测量不对称负载情况下有线时地各相电流,线电流及各相电压,线电压及线电压UNN'。记录并填写在表7.3。3.把线从负载性点处与电源断开,再测量Y接不对称且无线时地各相电流,线电流,各相电压,各线电压,记录在表7.3。实验步骤3/30/20237.3三相电路地功率三相电路地总有功功率等于各相有功功率之与。即:当对称三相负载星形连接时,有:若三相负载对称,则总有功功率:若对称三相负载作三角形连接时,有:可得出由线电压与线电流表示地三相有功功率表达式:同样可得出:对称三相电路地瞬时功率是常量,等于三相总有功功率3/30/2023三相电路地无功功率与视在功率三相电路不对称时,各相功率需要单独计算后叠加注意:有功功率地单位是瓦特[W];无功功率地单位是乏尔[var];视在功率地单位是伏安[VA]。三相电路不对称时,三相电路地无功功率:对称三相电路地无功功率:对称三相电路地视在功率:三相电路不对称时,三相电路地视在功率:3/30/2023三相电路分析时应注意事项1.三相电源一般都是对称地,且大多采用三相四线制供电方式。2.三相负载有星形与三角形两种连接方式。其Y形连接且负载对称时:Δ形连接负载对称时:3.