电工电子技术课件 第四章 三相交流电路及其应用

第4章三相交流电路及其应用本章知识点1．掌握对称三相正弦量的特点及相序的概念。2．掌握对称三相负载Y和△联结时相线电压、相线电流的关系。3．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。4．掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。4.1三相电源4.1.1三相对称电源的产生三相交流电由三相交流发电机产生。根据电磁感应定律，三相绕组将分别产生感应电动势。由于绕组完全对称，互相在空间上相差120°，三相感应电动势最大值相等，频率相同，但初相位相差120°。若以U相电动势为参考量，则三相电动势瞬时值表达式为：4.1三相电源4.1.1三相对称电源的产生由上式可画出该三相电动势的波形图和相量图，如图所示。由解析式、波形图和相量图均可看出：发电机产生的三相感应电动势，U相电动势超前V相电动势120°相位，V相电动势超前W相电动势120°相位，W相电动势超前U相电动势120°相位。图4-3三相对称电动势的波形图和相量图4.1三相电源4.1.2三相对称电源绕组的联接1.三相电源的星形联结将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2联结在一点，三相绕组的始端U1、V1、W1分别与三相电源输电线相联，并通过该输电线路将电能送往变、配电所或用电设备，这种接法称为三相电源的星形联结（或称Y形联结）。如图所示。图中三个末端相联结的点称为中性点或零点，在线路上用符号“N”表示，从中性点引出的导线称为中性线或零线。三相绕组的接线端子用U、V、W表示，从三相绕组始端U1、V1、W1引出的三根导线称为相线，分别用L1、L2、L3表示，因为它们与中性线之间有一定的电压，所以俗称火线。4.1三相电源4.1.2三相对称电源绕组的联接1.三相电源的星形连接将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2联结在一点，三相绕组的始端U1、V1、W1分别与三相电源输电线相连，并通过该输电线路将电能送往变、配电所或用电设备，这种接法称为三相电源的星形连接（或称Y形连接）。如图4-3所示。图中三个末端相连接的点称为中性点或零点，在线路上用符号“N”表示，从中性点引出的导线称为中性线或零线。三相绕组的接线端子用U、V、W表示，从三相绕组始端U1、V1、W1引出的三根导线称为相线，分别用L1、L2、L3表示，因为它们与中性线之间有一定的电压，所以俗称火线。图4-4三相电源星形连接由三根相线和一根中性线所组成的输电方式称为三相四线制（通常在低压配电中采用）；只由三根相线所组成的输电方式称为三相三线制（在高压输电工程中采用）。三相电源的星形联结可以输出两种电压：即相电压和线电压。所谓相电压，指每相绕组两端的电压，也就是各相线与中性线之间的电压。它的瞬时值用来表示，通用符号用表示；有效值分别用表示。与相电压之间的关系类似，各线电压之间相位差为120°，它们之间也是对称的。4.1三相电源4.1.2三相对称电源绕组的联接根据相电压与线电压的定义，为U相电压与V相电压之间的电位差，同理可得、，即由此可作出线电压和相电压的相量图图4-5三相电源相电压和线电压相量图4.1三相电源4.1.2三相对称电源绕组的联接在工程技术上，一般用表示线电压，用表示相电压，则可归纳为从上述讨论可归纳出三相电源星形联结具有以下特点：（1）三相电动势有效值相等，频率相同，各相之间相位差为。（2）相电压和线电压各自对称,各相电压之间相位差为,各线电压之间相位差也为。（3）线电压是相电压的倍，且超前对应相电压30°。4.1三相电源4.1.2三相对称电源绕组的连接2.三相电源的三角形连接将发电机三相绕组始末端依次连接，构成如图所示的闭合电路，并将三个连接点作为三相电源输出点，向外引出三根相线，这种接法称为三角形连接（或称Δ形连接）。当发电机绕组接成三角形时，由于每相绕组直接跨接在两相线之间，所以线电压等于相电压，即4.2三相电路分析对称三相负载的特点是各相复数阻抗相等，即或阻抗模相等且相位角相同，即

另一类是不对称三相负载，如三相照明电路即为典型不对称三相电路。在用电系统中，三相负载也有两种连接方式：一种是星形连接，也称Y形连接；另一种是三角形连接，也称形联结。4.2三相电路分析4.2.1三相负载的星形连接电路分析图示为三相负载的星形接法。图中、、分别为三相负载阻抗；N'为三相负载的中性点。通过中线可以将N'与三相电源中点N相连。负载的相电流就等于对应的线电流。相电压与相电流的关系为中性线电流：4.2三相电路分析4.2.1三相负载的星形联接电路分析1．负载对称时的电路特点由于电源电压对称，当三相负载对称时，即，负载的三相电流也是对称的，即电流大小相等、相位差依次为120°,如图4-9所示为星形连接三相对称负载电流相量图，可看出V相电流与W相电流的相量和与U相电流大小相等、方向相反，因此三相电流相量和为零，即可见，在星形连接的三相负载对称时，中性线无电流通过。此时完全可以把中性线省去，使三相四线制变为三相三线制供电方式。实际上三相电动机、三相电阻炉都是对称三相负载，它们都可用三相三线制供电。图4-9三相对称负载电流相量图图4-10负载的三相三线制供电4.2三相电路分析4.2.1三相负载的星形联接电路分析1．负载对称时的电路特点当负载按三相四线制(即有中性线)供电时，三相交流电的每一相就是一个单相电路。各相电压与电流间的数量和相位关系可用上章所讲的单相交流电路的方法处理。从图可见，相线和负载通过的是同一电流，所以有可见，在三相负载的星形联结中，线电流等于相电流。4.2三相电路分析4.2.1三相负载的星形连接电路分析２.负载不对称时电路分析在三相负载的星形联结中，不对称是指至少有一相的负载阻抗的模或阻抗角与其他两相不相同。如果三相负载不对称，则三相负载电流不相等，三个相电流的相量和不为零，中性线中则有电流通过。在这种情况下，Y形连接只能用三相四线制，中性线不能省去。因为如果此时断开中性线，各相负载的电压就不相等，这时，阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，阻抗较大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载无法正常工作，甚至会造成严重事故。4.2三相电路分析4.2.1三相负载的星形连接电路分析例4-3将白炽灯照明电路按三相四线制星形连接，如图所示，各白炽灯额定电压220V，设U相负载与V相负载阻抗均为220Ω，而W相负载阻抗为20Ω，将它们接在380V的三相对称电源上，若U相灯关断，又将中性线断开，会产生什么现象？解：U相关断、中性线断开，相当于将V相和W相的白炽灯串联于380V的线电压中，此时两负载的电流为V相白炽灯电压为W相白炽灯电压为可见，中性线断开后，V相电压升高很多，将白炽灯烧毁。而W相白炽灯电压过低，无法正常工作。4.2三相电路分析4.2.2三相负载三角形连接电路分析将三相负载的始末端依次相连构成闭合回路，然后将三个节点分别接在三相电源的三根相线上，这种接法称为三相负载的三角形连接，又称Δ连接。图4-12三相负载的三角形接法4.2三相电路分析4.2.2三相负载三角形连接电路分析各相的相电流为：根据KCL，各线电流为：4.3三相电路的功率根据能量守恒定律，若输电线路损失忽略不计，电源输出的总功率应等于负载消耗的