电工技术基础（第3版） 课件 模块三 三相交流电路的测量和学习

模块三三相交流电路任务一三相交流电源任务二三相负载的联接任务三三相电路的功率模块三三相交流电路2三相交流电路RS1RS2RS3A1RS4RS5RS6A2RS7RS8RS9A3L1（火线）L2（火线）N（零线）L3（火线）AVV1演示电路:三相负载的星形连接3三相交流电路所有开关闭合只有S7、S4断开问题1、三相负载星形连接相电压与线电压的关系是什么？问题2、三相负载星形连接相电流与线电流的关系是什么？问题3、三相负载星形连接时中线的的作用？演示结果A3(mA)A2(mA)A(mA)A1(mA)V(V)V1（V）326.6322.60322.6380220110.0380220326.6221.2221.24三相交流电路RRRS1A1RS7RS8RS9A3L2(火线)L3(火线)N（零线）L1火线)AVV1S2S3A2RS4RS5RS6演示电路：三相负载的三角形连接5三相交流电路所有开关均闭合问题1、三相对称负载三角连接相电压与线电压的关系是什么？问题2、三相不对称负载三角连接相电压与线电压的关系是什么？问题3、三相对称负载三角形连接相电流与线电流的关系是什么？演示结果A3A2AA1VV1220V220V560.6mA322.2mA322.2mA322.2mA6三相交流电路

三相交流供电系统在发电、输电和用电方面与单相相比有造价低、节省金属材料、性能好等许多优点，发电厂均以三相交流方式向用户供电。现介绍三相交流电的供电方式、三相负载用电的联接方式及三相电功率及得出以上结论的原因。7三相交流电路任务一三相交流电源

与作用三相交流电源1.概念

由三个幅值相等、频率相同、相位互差120o的单相交流电动势按一定方式连接起来所构成的电源称为三相交流电源。由三相电源构成的电路称为三相交流电路。三相交流电源一般来自三相交流发电机或变压器副边的三相绕组。三相交流发电机的基本原理如图3-1所示。任务一三相交流电源9三相交流电源图3-1三相交流发电机原理图三相交流电源

发电机的固定部分称为定子,其铁芯的内圆周表面冲有沟槽,放置结构完全相同的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2。它们的空间位置互差120o，分别称为U相、V相、W相,工程上以黄、绿、红三种颜色标志。引出线的始端用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。2.三相发电机的结构及工作原理

转动的磁极称为转子。转子铁芯上绕有直流励磁绕组。当转子被原动机拖动作匀速转动时，三相定子绕组切割转子磁场而产生三相交流电动势。11三相交流电源三相电源瞬时值表达式为：对称三相正弦量的波形图和相量图如图3-2所示。（3-1）12三相交流电源0ωt2πuWuVuUuπ120012001200图3-2三相对称正弦量的波形图和相量图三相交流电依次达到最大值的顺序，若为UVW,称为顺相序；如果按照UWV，则称为逆相序。13三相交流电源

将三个绕组的末端U2、

V2、W2

连在一起引出一根连线称为中性线（或称零线），三个绕组的始端U1、V1、W1分别引出的三根线称为端线L1、L2、L3（俗称火线）,这种联接称为电源的星形联接。如图3-3所示。3.三相电源的星形联接14三相交流电源连接V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuW图3-3电源的星形联接端线(火线)中线(零线)端线(火线)端线(火线)相电压:电源每相绕组两端的电压称为电源相电压。参考方向规定从绕组始端指向末端，用uU、uV、uW表示，有效值用UP表示。三相四线制:由三根端线和一根中线所组成的供电方式称为三相四线制(如图3-3)所示)。三相三线制:只用三根端线组成的供电方式称为三相三线制。15三相交流电源连接

任意两根端线之间的电压称为线电压，用uUV、uVW、uWU

表示，如图3-4所示。V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuWuUVuVWuWU图3-416三相交流电源连接线电压和相电压之间的关系为：(3-2）等效代替17三相交流电源连接UUV．－UＵ．30°30o30oUWU．UVW．UＶ．UＵ．－UＶ．－UＷ．Uｗ．图3-5相电压与线电压关系的相量图18三相交流电源连接由图3-5可得出，三个线电压对称。用UL表示线电压的有效值（3-3）19三相交流电源连接线电压为相电压的倍。（3-4）

线电压的相位导前对应的相电压相位30o

。线电压、相电压均为对称电压。通常情况下三相四线制低压供电系统，线电压为380V，相电压为220V。20三相交流电源连接4、三相电源的三角形联接如果将三相发电机的三个绕组依次首（始端）尾（末端）相连，接成一个闭合回路，则可构成三角形联接。从三个连接点引出的三根线即为三根端线。如图3-6所示。21三相交流电源连接图3-6三相电源的三角形联接WU1(W2)V1(U2)W1(V2)UVuWUuUVuVW.UW＝UWU.UU.＝UUV..UV＝UVW.图3-7线电压等于相电压

两根相线之间的电压也是对应线圈之间的相电压22三相交流电源连接

当三相电源作三角形联接时，只能是三相三线制，而且线电压等于相电压。通常三相电源选用星形连接的方式23三相交流电源连接UP=UL例1：三相发电机接成三角形供电。如果误将U相接反，会产生什么后果？如何使连接正确？(b)电压相量图24(a)三相发电机的错误接线图WU2(W2)V1(U1)W1(V2)UV三相交流电源连接

解：U相接反时，电源回路中的电流为：由于回路中的电流过大，会造成三相电源的损坏。三相发电机正确接线图

25WU1(W2)V1(U2)UV三相交流电源连接思考题１．对称三相电源星形连接时，ＵL=

UP,线电压的相位超前于它所对应相电压的相位

。

V，3．正序对称三相三角形连接电源，相电压

V

，

V，

V，

V。

V，300则

V，

V，

V。２．正序对称三相星形连接电源，若220/-1200220/1200220/-1500380/1500220/-300220/900220/-300220/-1500026三相交流电源连接任务二三相负载的连接三相交流电源任务二三相负载的联接

负载有单相负载与三相负载之分。对于单相负载，应根据其额定电压接入电路。若负载所需的电压是电源的相电压，应将负载接到端线与中线之间。如图3-8(a)图3-8

(a)UVWNZUZVZW28三相交流负载连接

若负载所需的电压是电源的线电压，应将负载接到端线与端线之间。如图3-8(b)

UVWN图3-8（b)ZUVZVWZWU29三相交流负载连接

三相负载有两种情况：一种是将三个（或三组）单相负载分别接到三相电源的每一相上，组成三相负载。另一种是负载本身就是要求三相电源供电的三相负载。例如三相交流电动机、三相电炉等。

30三相交流负载连接

按照电源与负载联接方式不同，三相电源与负载有四种接法，即：Y-Y、Y-Δ、Δ-Y、Δ-Δ。但对用户来讲，电源绕组如何连接并不太关心。只讨论三相负载本身的联接：星形（Y）联接和三角形（Δ）联接。

若三相电源上接入的负载完全相同（阻抗值相等、阻抗角相等），称为三相对称负载。31三相交流负载连接图3-9三相负载的星形联接NUVWUVNWuUuWuViN一、三相负载的星形联接ZUZWZV三相四线制电路32三相交流负载连接图3-9中

在忽略输电线阻抗时，每相负载两端的电压是电源的相电压（UUN、UVN、UWN）。

每相负载中的电流称为相电流IP（IUN、IVN、IWN）。

每根端线上的电流称为线电流IL（IU、IV、IW）。

中线上的电流称为中线电流IN。电源的线电压有效值是负载相电压有效值的倍。UL=UP33三相交流负载连接各相负载的电流分别为：（3-5）各端线电流等于对应的相电流（3-6）（3-7）线电流等于相电流IP=IL34三相交流负载连接例2：

三相四线制电路中,星形负载各相阻抗分别为ZU＝8+j6Ω，ZV＝3－j4Ω，ZW＝10Ω，电源线电压为380V,求各相电流及中线电流。1、不对称三相负载

当三相负载不对称时，中性线有电流，可以从相量图中或相量复数运算中分析求解。

解：35三相交流负载连接

设：各相电流及线电流分别为：36三相交流负载连接中线电流：37三相交流负载连接三相负载对称的条件：或:ZU=ZV=ZW=Z（3-8）（3-9）38三相交流负载连接2、对称三相负载（1）各相电流对称即：

各相电流大小相等，相位依次互差120039三相交流负载连接wt0

iWNiVNiUNi(a)波形图t2t1UW．UV．UＵ．（b）相量图图3-10对称三相负载星形联接时电流波形图和相量图星形联接的对称三相负载,中性线可以省去。为什么？40三相交流负载连接（3-10）（3-11）中线电流的计算:相电流瞬时值代数和、相量和均为零，中线电流为零。41三相交流负载连接例3：额定电压为220V、额定功率为40W的白炽灯共9盏均匀分别安装在220V/380V供电系统的三相电网上，求：（1）这些白炽灯应如何连接在三相电源上？画出电路图；（2）试求白炽灯全部点亮时各相电流，并画出相量图；（3）讨论一下此时需不需要中线。三相交流负载连接

解：（1）必须将9盏灯分成三组，按Y形连接的方式接在三相电路上，其电路图如图3-11所示，相量如图3-12所示。图3-11例3的电路图

图3-12例3的相量图三相交流负载连接L1L2NL3L1L2NL3（2）每盏灯电阻为白炽灯全部点亮时，每相负载电阻为各相电流的有效值为三相交流负载连接（3）当所有白炽灯点亮时，构成三相对称负载，中线电流为零，可以不要中线，但在实际应用中，不可能所有的灯泡全亮，因而负载多数情况是不对称的，所以必须安装中线。三相交流负载连接3、三相三线制电路图3－13负载为Y形连接的三相三线制电路

46三相交流负载连接（1）三相负载对称

由于负载对称，中线电流为零，忽略线路阻抗，省去中线后，负载的相电压等于电源的相电压，负载也能正常工作。47三相交流负载连接（2）三相负载不对称，则3-14中点位移相量图

称为中性点位移三相交流负载连接会使负载的电压严重不对称使负载的工作不正常

49三相交流负载连接各相电流：

负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。关于中线的结论50中线的作用

中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝，也不允许接刀闸。例4：

如图所示电路是用来测定三相电源相序的仪器，称为相序指示器，任意指定电源的一相为U相，把电容C接到U相上，两只白炽灯分别接到另外两相上，设R=1/ωC，试说明如何根据两只灯的亮度来确定V、W相。VWURCR3-15例4图三相交流负载连接解：这是一个不对称的星形负载连接电路，其相量如图所示。设：则3-16例4题相量图三相交流负载连接显然﹥从而可知，较亮的灯接入的为V相，较暗的为W相。三相交流负载连接例5：试分析原对称星形连接的负载（无中线）有一相负载短路和断路时，各相电压的变化情况。解：（1）设U相短路N/NN/iUZUZWZViWiVuUuWuV图3－17对称星形U相短路连接的三相三线制电路54三相交流负载连接当其中一相短路时,其它两相电压的有效值升高到正常工作电压的倍55三相交流负载连接图3－18负载U相断路对称Y形连接的三相三线制电路

NiUZViWuUiVuWuVZWZU（2）设U相断路56三相交流负载连接当其中一相断路时,其它两相电压的有效值是原来正常工作电压的倍。57三相交流负载连接图3-19负载的三角形联接二、负载的三角形联接UVWWVUZUVZWUZVW58三相交流负载连接

每相负载两端的电压都是电源的线电压（UL=UP），各负载中流过的电流为负载的相电流。（3-14）59三相交流负载连接各端线电流与各相电流的关系：设三相对称负载为感性负载，则每相负载的电流均滞后对应的电压φ角。（3-15）60三相交流负载连接图3-20三相对称感性负载三角形联接时各相电流及各线电流的相量图61三相交流负载连接从图3-20相量图中可知，三个相电流和三个线电流均是数值相等、频率相同、相位互差120o的三相对称电流。可以证明，线电流和相电流存在如下关系。你可要记住了！（3-16）线电流落后相应的相电流300的相位角。62三相交流负载连接例6：三相对称负载，每相Z=3+4jΩ，接到UL=380V的三相电源上，计算负载作三角形联接时的相电流、线电流。解：设63三相交流负载连接负载各相电流为：64三相交流负载连接负载各线电流为：65三相交流负载连接例7：某三相交流异步电动机每相绕组额定电压为380V，额定电流为10A，功率因数为0.85，电源是220V/380V的电网，频率50Hz，试求（1）电动机三相绕组应如何连接？（2）求每相绕组的等值阻抗、等值电阻与电感。（3）求各相电流和线电流的大小。解：（1）由于电动机每相绕组的额定电压为380，因而三相异步电动机绕组应选择三角形连接三相交流负载连接（2）每相绕组的等值阻抗为等值电阻为等值电感为三相交流负载连接（3）额定运行时，其相电流与线电流的大小分别为：IP=10AIL=17.3A三相交流负载连接思考题

1.将图3-18中的各相负载分别接成星形或三角形，电源的线电压为380V，相电压为220V。每只灯的额定电压为220V，每台电动机的额定电压为380V。UVWN图3-18a69思考题UVWN图3-18bDDDDDD70三相交流负载连接白炽灯的联结方式如图所示UVWNUVWNDDDDDD电动机的联结方式如图所示71三相交流负载连接任务三三相电功率三相交流电源一、三相负载的有功功率

其中UU、UV、UW分别为各相电压的有效值，IU、IV、IW分别为各相电流的有效值。分别为各相负载的功率因数73三相电功率

若三相负载是对称的，各相负载的阻抗、功率因数也相等，则三相电压、电流分别对称，有效值分别相等，即:三相总有功功率为（3-17）74三相电功率当负载为星形联接时当负载为三角形联接时

在对称三相电路中，无论负载接成星形还是三角形，总有功功率均为（3-18）75三相电功率

无论负载接成星形还是三角形，三相总无功功率均为(3-19)二、三相负载的无功功率若负载对称，则各相负载的无功功率相等，均为三、三相负载的视在功率(3-20)76三相电功率cosφ是每相负载的功率因数

当三相负载对称时，无论负载是星形联接还是三角形联接，电路的有功功率、无功功率、视在功率、均是以下公式77三相电功率例8：有一对称三相负载，每相阻抗Z＝80+j60Ω，电源线电压UL＝380V。求三相负载分别连接成星形和三角形时电路的有功功率和无功功率。解：（1）负载作星形联接时78三相电功率由阻抗三角形可得：星形连接功率分别为：79三相电功率（2）负载作三角形联接时80三相电功率从上面的计算可以得到如下关系你记住了吗?(3-21)81三相电功率典例分析三相交流电源

[典例3-1]星形（Y）连接的负载，接到线电压为380V的三相正弦电压源，试求：（1）各相负载ZU=ZV=ZW=10Ω时的各相电流和中线电流；（2）各相负载ZU=ZV=ZW=10Ω不变，中性线断开后的各相电流；（3）负载ZU=20Ω、ZV=ZW=10Ω时，各相电流及中线电流；（4）负载性质不变，如果U相电流不变，V、W相电流减半，中线电流等于多少？典例解析解：（1）负载相电压的有效值设

则各相电流典例解析中线电流（2）由于三相负载对称，线电流与相电流相等并且对称，中线电流为零，所以中线断开后，电路不受影响，各相电流和（1）中一样。（3）各相电压不变，不变，U相电流及中线电流则为典例解析（4）负载性质不变，则中线电流典例解析[典例3-2]如图3-20所示，三角形（Δ）连接的负载，接到线电压为380V的三相正弦电压源，试求：（1）各相负载ZUV=ZVW=ZWU=10Ω时的各相电流和线电流；（2）若负载ZUV断开，ZVW=ZWU=10Ω不变，求各相电流和线电流。解：（1）为了和典例3-1比较，设则

典例解析UVWWVUZUVZWUZVWiUViWUiVWiViWiU图3-20典例3-2图

典例解析各相电流

根据三相对称负载三角形连接，线电流等于

倍的相电流，角度滞后各自对应的相电流30°可得典例解析（2）UV相负载断开，不变，U相电流及中线电流则为典例解析[典例3-3]

三相对称电路如图3-21所示，已知Z=4+j3Ω，

求负载电流

典例解析+Z-++--ZZUVW图3-21解：（1）先将三角形连接电源转换为星形连接，但需要保证

不变，等效电路如图3-22所示。典例解析+-++--UVWUVW+++---（a）（b）

图3-22典例3-3图解（1）对3-22（a）图有

对3-22（b）图有

所以

即有

根据电源的对称性有

典例解析（2）将原负载接到等效的电源上，如图3-23所示。典例解析UVW+++---ZZZ图3-23典例3-3图解（2）所以

由于三相电源对称、三相负载对称，所以每相负载的电压等于电源的相电压，有

根据对称性

典例解析[典例3-4]三相对称交流电路中电压表接于两相线之间，电流表串接在相线上，两表读数分别为380V、5A，试求：（1）若三相负载星形（Y）连接，则负载的相电压、相电流及每相负载阻抗分别等于多少？（2）若三相负载三角形连接，则负载的相电