三相电路1课件

本章要求：

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4章三相交流电路本章要求：第4章三相交流电路1

本章作业

P146:4.24.44.64.74.94.11本章作业P146:4.224.1三相正弦交流电源三相电路在生产上应用最为广泛。发电、输配电和主要电力负载，一般都采用三相制。

三相电路由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。输电方面：比单项输电节省钢材25％；配电方面：三相变压器经济便于接入负载；运电设备：结构简单、成本低、运行可靠、维护方便。发电方面：比单项电源可提高功率50％；三相电路的优点研究三相电路要注意其特殊性4.1三相正弦交流电源三相电路在生产上应用最为广泛3

图4.1.1三相交流发电机示意图1.对称三相电压的产生工作原理：动磁生电

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W2U1U2V2NSW1-+V1•••(尾端)+u1u3U2U1V1W1W2(首端)++–

–V2u2++__eeU1U2•+_u1(stator)(rotor)4.1三相正弦交流电源图4.1.1三相交流发电机示意图1.对称三相电压的产4三相对称电动势的产生t0u1u2u3

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+••+•+

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

XAYCBZSN+•++••

U2U1V2W2V1W1

SN+••+•+u1相u2相u3相三相对称电动势的产生t0u1u2u3XAYCBZSN+•5相量表示相量图E2E1..120°120°120°E3.最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电压特征：对称三相电压的瞬时值之和为0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。供电系统三相交流电的相序为U1

V1

W1相量表示相量图E2E1..120°120°120°E3.最大6相量图波形图u0u1u2u32

120°240°360°U2U1..120°120°120°U3.相量表示三相对称正弦电压的表示方法：相量图波形图u0u1u2u32120°240°360°U72.三相电源的星形联结

(starconnection)

(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Ul(linevoltage)(phasevoltage)、UpU2V2W2NL2L3L1u1+–u3+–u2+––+–++––+–+–+2.三相电源的星形联结(starconnection8(2)线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得L1U2V2W2NL2L3u1+–u3+–u2+–+–+–+––+–+–+注意规定的正方向相量图30°(2)线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得L1U9同理三相电源的三角形联结

(triangularconnection)–++–+L2L1L3–同理三相电源的三角形联结–++–+L2L1L3–104.2

三相负载的星形联结三相负载不对称三相负载：不满足Z1=Z2

=

Z3

如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2=

Z3

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。4.2三相负载的星形联结三相负载不对称三相负载：不满足11三相负载连接原则

（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。L2电源L3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L1三相负载连接原则

（1）电源提供的电压=负载的额定电压；

12

2.负载星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结论：负载Y联结时，线电流等于相电流。Y0：三相四线制(1)联结形式N电源中性点N´负载中性点+Z2Z3Z1N'N++–––2.负载星形联结的三相电路线电流：流过端线的电流相131)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：(2)

负载Y联结三相电路的计算+Z2Z3Z1N'N++–––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1)负载端的线电压＝电源线电压3)线电流＝相电流Y联结14Y

联结时：(2)

负载Y联结三相电路的计算+Z2Z3Z1N'N++–––Y联结时：(2)负载Y联结三相电路的计算+Z2Z3Z115(3)

对称负载Y联结三相电路+Z2Z3Z1N'N++–––(3)对称负载Y联结三相电路+Z2Z3Z1N'N++––16负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。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。(3)

对称负载Y联结三相电路+Z2Z3Z1N'N++–––Y:三相三线制负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。所以负载对称时17L3N+++–––N

R1R2R3L1L2若R1=R2=R3=5

，求线电流及中性线电若R1=5,R2=10,R3=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。例1:L3N+++–––NR1R2R3L1L2若R1=R2=R18解：已知：(1)线电流

三相对称中性线电流L3N+++–––N

R1R2R3L1L2解：已知：(1)线电流三相对称中性线电流L3N++19(2)三相负载不对称（R1=5

、R2=10、R3=20）

分别计算各线电流中性线电流(2)三相负载不对称（R1=5、R2=10、R320例2:求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。则结点电压解：设负载电压NN

R2R3.R1+++++++–––––––例2:求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。则结点电压21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。

2.照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。可见：22例3：照明系统故障分析解:

(1)

L1相短路1)中性线未断

此时L1相短路电流很大，将L1相熔断丝熔断，而L2相和L3相未受影响，其相电压仍为220V,正常工作。

在上例中，试分析下列情况

(1)L1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)L1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。

L1L2NL3N´i1i3i2+++–––短路例3：照明系统故障分析解:(1)L1相短路1)中性线未23

此情况下，L2相和L3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)L1相短路,中性线断开时,

此时负载中性点N´即为L1,因此各相负载电压为

L1L2NL3N´i1i3i2+++–––短路此情况下，L2相和L3相的电灯组由于承受电压24(2)L1相断路2)中性线断开

L2

、L3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

L1L2NL3N´i1i3i2+++–––IL2L3U´1U´2+––+(b)(a)(2)L1相断路2)中性线断开L2、L3相灯25(3)照明负载三相不对称，必须采用三相四线制电方

式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀

闸开关。负载不对称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。结论(3)照明负载三相不对称，必须采用三相四线制电方负载不对称26练习：在图示三相四线制照明电路中，各相负载电阻不等。试问：（1）若中线未断开，测得I1=2A，I2=4A，I3=4A，则中性线电流IN=?（2）若中线在“×”处断开，后果是什么？（定性回答）。（3）若中性线未断开，L1相电灯均未点额定电压，并设L1相电压，则中线电流（画出向量图）练习：在图示三相四线制照明电路中，各相负载电阻不等。试问：271.联结形式4.3三相负载的三角形联结(triangularconnection)Z12Z23Z31L1L3L2+++–––线电流:

流过端线的电流相电流:

流过每相负载的电流

、、1.联结形式4.3三相负载的三角形联结(triang282.分析计算(1)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U12=U23=U31=Ul=UP线电流不等于相电流Z12Z23Z31L1L3L2+++–––(2)相电流相电流：线电流：2.分析计算(1)负载相电压=电源线电压即:UP=29相量图231231233130°负载对称时,相电流对称，即2(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

。相量图231231233130°负载对称时,相电流对称，即30三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）。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314.4三相负载的功率无论负载为Y或△联结，每相有功功率都应为

Pp=Up

Ip

cos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=3UpIpcos所以4.4三相负载的功率无论负载为Y或△联结，每相有功功32(1)

为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。(2)

cos

为每相的功率因数，在对称三相制中三相功率因数：cos

1=cos

2=cos

3=cos

。(3)

公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。

注意：(1)为相电压与相电流的相位差角(阻抗角)，不要误以33对称三相负载的瞬时功率)cos(2

cos2

11φtIitUu-==ww设])240

2(cos[

cos])240

2(cos[

coso333o222jwjjwj-++==--+==tUIUIiuptUIUIiup)

2(cos

[cos

)

(os

cos2

111φtφUIφtctUIiup-+=-==www则单相：瞬时功率脉动三相：瞬时功率恒定

wtpO3UIcos

pwtOUIcos

电动机转矩:m

p可以得到均衡的机械力矩。避免了机械振动。对称三相负载的瞬时功率)cos(2cos2344.4.2功率的测量1单相交流和直流功率的测量通常用电动式仪表来测量功率功率表的接线图电压线圈电流线圈ui2

i1=i+–**负载固定线圈：匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。可动线圈：匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。工作原理：I2正比U，且可认为i2与u同相所以：4.4.2功率的测量1单相交流和直流功率的测量通常用354.4.2功率的测量2.三相功率的测量

在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。i1W1W2****i2i3L1L2L3两功率表测量三相功率工作原理：三相瞬时功率：所以，p=u1i1+u2i2+u3(–i1–

i2)

i3=(u1–u3)

i1+(u2–u3)

i2

=u13i1+u23i2=p1+p2p=p1+p2+p3=u1i1+u2i2+u3i3因为，i1+i2+i3=0可见，三相功率可用两个功率表来测量。4.4.2功率的测量2.三相功率的测量在36式中为u13和i1之间的相位差。W1的读数为W2的读数为式中为u23和i2之间的相位差。两功率表读数之和为

P

=P1+P2=U13I1cos

+U23I2cos

i1W1W2****i2i3L1L2L3式中为u13和i1之间的相位差。W1的读数为W2的3730º

当负载对称时，

P1=U13I1cos

=Ul

Il

cos(30º–

)

P2=U23I2cos

=Ul

Il

cos(30º+

)

由相量图可知，两功率表的读数为两功率表读数之和为P

=P1+P2=Ul

Il

cos(30º–

)+Ul

Il

cos(30º+

)当

<60º时，P1和P2均为正值，P=P1+P2当

>60º时，P1为正值，P2为负值，P=P1–P2

三相功率应是两个功率表读数的代数和，其中任意一个功率表的读数是无意义的。30º当负载对称时，P1=U13I1co38****ABC

三相功率表的连接图

实用中，常用一个三相功率表（二元功率表）代替两个单相功率表来测量功率，注意：1.只有在三相三线制条件下，才能用二表法，且不论负载对称与否。2.两块表读数的代数和为三相总功率，每块表单独

读数无意义。3.按正确极性接线时，二表中可能有一个表的读数为

负，此时功率表指针反转，将其电流线圈极性反接

后，指针指向正数，但此时读数应记为负值。

4.负载对称情况下，有：P1=Ul

Il

cos(30º–

)P2=Ul

Il

cos(30º+

)****ABC三相功率表的连接图实用中，常用39若W1的读数为P1,W2的读数为P2

，则三相总功率为：三相负载W1L1L2L3****W2P=P1+P2三相负载W2L1L2L3****W1三相负载W1L1L2L3****W2若W1的读数为P1,W2的读数为P2，则三相总功率为：40求：(1)线电流和电源发出的总功率；

(2)用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。解例1

：已知Ul=380V，Z1=30+j40

，电动机P=1700W，cos

=0.8(感性)。(1)DL1L2L3Z1求：(1)线电流和电源发出的总功率；解例1：已知U41电动机负载：总电流：电动机负载：总电流：42表W1的读数P1：DABCZ1(2)两表的接法如图W1****W2P1=U13I12cos

1=3803.23cos(30-36.9

)

=1218.5W表W2的读数P2：P2=U23I22cos

2=3803.23cos(–90

+156.9)

=3803.23cos(30+36.9

)=

481.6W=P-P1表W1的读数P1：DABCZ1(2)两表的接法如图W1**43正误判断对称负载Y联结

+Z2Z3Z1N'N++–––正误判断对称负载Y联结+Z2Z3Z1N'N++–––44对称负载Y联结

正误判断对称负载Y联结正误判断45

例1: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的功率，并比较所得的结果：

(1)绕组联成星形接于UL

=380V的三相电源上；(2)绕组联成三角形接于UL=220V的三相电源上。解:(1)例1:有一三相电动机，每相的等效电阻R=29，46(2)比较(1)、(2)的结果:

有的电动机有两种额定电压,如220/380V。当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220V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。(2)比较(1)、(2)的结果:有的电动机有两种额定47

练习:已知对称三相电路线电压Ul，问负载接成Y和各从电网获取多少功率？解:结论(2)若负载的相电压不变，则不论怎样连接其功率不变。RURUUPlll2

33

:Y==接RURUUPlll23

33

:==D接R2R3R1N'R2R3R1(1)当负载由Y改接成时，若线电压不变，则由于相电压与相电流增大倍，所以功率增大3倍。练习:已知对称三相电路线电压Ul，问负载接成Y和各从电网48例2:各负载的相电流

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。

线电压Ul为380V的三相电源上，接有两组对称三相负载：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。L2L3L1设解：例2:各负载的相电流由于三相负载对称，所以只需计算49星形联接的负载，其线电流为三角形联接的负载，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L2L3L1星形联接的负载，其线电流为三角形联接的负载，其相电流为(2)50一相电压与电流的相量图如图所示(3)三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o一相电压与电流的相量图如图所示(3)三相电路的有功功率-351

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17.32A，三相功率

P=4.5kW，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)S1断、S2闭合时，各电流表读数和有功功率P。例3：Z31AAAS1S2Z12Z23L3L1L2三相对称负载作三角形联结，UL=52或：P=I2RP=UIcos

tan

=XL/R

解：(1)由已知条件可求得Z31AAAS1S2Z12Z23L3L1L2或：P=I2R解：(1)由已知条件可求得Z31AA532)S1闭合、S2断开时

I1=I3=10AI2

=17.32A

流过L1、L3相电流表的电流变为相电流IP，流过L2相电流表的电流仍为线电流IL

。因为开关s均闭合时

每相有功功率P=1.5kW

当S1合、S2断时，Z12、Z23

的相电压和相电流不变，则P12、P23不变。P=P12+P23

=3kWS1AAAS2Z12Z31Z23L3L1L22)S1闭合、S2断开时I1=I3=10A543)S1断开、S2闭合时变为单相电路Z12Z23Z31L1L3I3I2I3仍为相电流

IP

，

I2变为1/2

IP

。

I2

变为1/2

IP，所以L1L2、L2L3

相的功率变为原来的1/4

。

P=1/4P12+1/4P23+P31

=0.375W+0.375W+1.5W