三相交流電路及分析.ppt

2.5三相交流電路,要求：1.搞清對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載Y和聯(lián)結(jié)時(shí)相線電壓、相線電流關(guān)系。2.掌握三相四線制供電系統(tǒng)中單相及三相負(fù)載的正確聯(lián)接方法，理解中線的作用。3.掌握對(duì)稱(chēng)三相電路電壓、電流及功率的計(jì)算。,一、三相交流電源,1、三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生,在兩磁極中間，放一個(gè)線圈。,根據(jù)右手定則可知，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向由AX。,合理設(shè)計(jì)磁極形狀，使磁通按正弦規(guī)律分布，線圈兩端便可得到單相交流電動(dòng)勢(shì)。,圖4.1.1三相交流發(fā)電機(jī)示意圖,圖4.1.2三相繞組示意圖,圖4.1.3電樞繞組及其電動(dòng)勢(shì),轉(zhuǎn)子裝有磁極并以的速度旋轉(zhuǎn)。三個(gè)線圈中便產(chǎn)生三個(gè)單相電動(dòng)勢(shì)。,三相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表示式,相量表示,:直流勵(lì)磁的電磁鐵,三相電動(dòng)勢(shì)的相量關(guān)系：,對(duì)稱(chēng)三相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值之和為0,三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱(chēng)為相序。,三個(gè)正弦交流電動(dòng)勢(shì)滿足以下特征,2、三相交流電源的連接,1.星形接法,三個(gè)獨(dú)立的發(fā)電繞組,三相四線制供電,火線（相線）:,中線（零線）：N,(1)聯(lián)接方式,三相電源星形接法的兩組電壓,相電壓：火線對(duì)零線間的電壓。,線電壓：火線間的電壓。,(2)線電壓與相電壓的關(guān)系,根據(jù)KVL定律,由相量圖可得,相量圖,30,同理：,線電壓與相電壓的通用關(guān)系表達(dá)式：,-為相電壓-為線電壓,在日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)用戶的電壓等級(jí)為,2.三角形接法,特點(diǎn)：線電壓=相電壓,三個(gè)電源串接能否造成短路？直流電源行嗎？,A,X,Y,Z,B,C,問(wèn)題討論,直流電源串接不行，三相交流電源可以，為什么？,三相交流電源中三個(gè)電源可以串接的原因在于：三個(gè)電源的電壓任何瞬間相加均為零。,二、三相負(fù)載及三相電路的計(jì)算,負(fù)載也有兩種接法:,三相負(fù)載,不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載：不滿足ZA=ZB=ZC如由單相負(fù)載組成的三相負(fù)載,1.三相負(fù)載,分類(lèi),三相負(fù)載連接原則（1）電源提供的電壓=負(fù)載的額定電壓；（2）單相負(fù)載盡量均衡地分配到三相電源上。,2.負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路,線電流：流過(guò)端線的電流,相電流：流過(guò)每相負(fù)載的電流,(1)聯(lián)結(jié)形式,N電源中性點(diǎn),N負(fù)載中性點(diǎn),(2)負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算,1)負(fù)載端的線電壓電源線電壓2)負(fù)載的相電壓電源相電壓,3)線電流相電流,Y聯(lián)結(jié)時(shí)：,4)中線電流,負(fù)載Y聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí),可將各相分別看作單相電路計(jì)算,負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí),中性線無(wú)電流,可省掉中性線。,(3)對(duì)稱(chēng)負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算,所以負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，三相電流也對(duì)稱(chēng)。,負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，只需計(jì)算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對(duì)稱(chēng)性直接寫(xiě)出。,例1：,中性線電流,(2)三相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)（RA=5、RB=10、RC=20）分別計(jì)算各線電流,中性線電流,例2:,求例1電路中性線斷開(kāi)時(shí)不對(duì)稱(chēng)負(fù)載的相電壓及相電流。,則節(jié)點(diǎn)電壓,負(fù)載電壓,可見(jiàn)：1.不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載做星形聯(lián)結(jié)且無(wú)中性線時(shí),三相負(fù)載的相電壓不對(duì)稱(chēng)。,討論,照明電路能否采用三相三線制供電方式？,A,C,B,.,.,.,一層樓,二層樓,三層樓,N,設(shè)線電壓為380V。A相斷開(kāi)后，B、C兩相串連，電壓UBC（380V）加在B、C負(fù)載上。如果兩相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，則每相負(fù)載上的電壓為190V。,問(wèn)題1：若一樓全部斷開(kāi)，二、三樓仍然接通,情況如何?,分析：,結(jié)果二、三樓電燈全部變暗，不能正常工作。,問(wèn)題2：若一樓斷開(kāi)，二、三樓接通，兩層樓燈的數(shù)量不等（設(shè)二樓燈的數(shù)量為三層的1/4）結(jié)果如何？,結(jié)果：二樓燈泡上的電壓超過(guò)額定電壓，燈泡被燒毀；三樓的燈不亮。,分析,關(guān)于零線的結(jié)論,負(fù)載不對(duì)稱(chēng)而又沒(méi)有中線時(shí)，負(fù)載上可能得到大小不等的電壓，有的超過(guò)用電設(shè)備的額定電壓，有的達(dá)不到額定電壓，都不能正常工作。比如，照明電路中各相負(fù)載不能保證完全對(duì)稱(chēng)，所以絕對(duì)不能采用三相三相制供電，而且必須保證零線可靠。,中線的作用在于，使星形連接的不對(duì)稱(chēng)負(fù)載得到相等的相電壓。為了確保零線在運(yùn)行中不斷開(kāi)，其上不允許接保險(xiǎn)絲也不允許接刀閘。,1.聯(lián)結(jié)形式,4.3負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路,線電流:流過(guò)端線的電流,相電流:流過(guò)每相負(fù)載的電流、,線電流不等于相電流,(2)相電流,(1)負(fù)載相電壓=電源線電壓,即:UP=UL,一般電源線電壓對(duì)稱(chēng)，因此不論負(fù)載是否對(duì)稱(chēng)，負(fù)載相電壓始終對(duì)稱(chēng),即,2.分析計(jì)算,相電流：,線電流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,相量圖,負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí),相電流對(duì)稱(chēng)，即,(3)線電流,由相量圖可求得,為此線電流也對(duì)稱(chēng)，即。,線電流比相應(yīng)的相電流滯后30。,三相負(fù)載的聯(lián)接原則,負(fù)載的額定電壓=電源的線電壓,負(fù)載的額定電壓=電源線電壓,應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無(wú)關(guān)。,三相電動(dòng)機(jī)繞組可以聯(lián)結(jié)成星形，也可以聯(lián)結(jié)成三角形，而照明負(fù)載一般都聯(lián)結(jié)成星形（具有中性線）。,4.4三相功率,無(wú)論負(fù)載為Y或聯(lián)結(jié)，每相有功功率都應(yīng)為Pp=UpIpcosp,對(duì)稱(chēng)負(fù)載聯(lián)結(jié)時(shí)：,同理,對(duì)稱(chēng)負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時(shí)：,相電壓與相電流的相位差,當(dāng)負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)：P=3UpIpcosp,所以,有一三相電動(dòng)機(jī),每相的等效電阻R=29,等效感抗XL=21.8,試求下列兩種情況下電動(dòng)機(jī)的相電流、線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得的結(jié)果：(1)繞組聯(lián)成星形接于UL=380V的三相電源上;(2)繞組聯(lián)成三角形接于UL=220V的三相電源上。,例1:,解:,(1),(2),比較(1),(2)的結(jié)果:,有的電動(dòng)機(jī)有兩種額定電壓,如220/380V。當(dāng)電源電壓為380V時(shí),電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成星形；當(dāng)電源電壓為220V時(shí),電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成三角形。,在三角形和星形兩種聯(lián)結(jié)法中,相電壓、相電流以及功率都未改變，僅三角形聯(lián)結(jié)情況下的線電流比星形聯(lián)結(jié)情況下的線電流增大倍。,例2:,各電阻負(fù)載的相電流,由于三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，所以只需計(jì)算一相，其它兩相可依據(jù)對(duì)稱(chēng)性寫(xiě)出。,負(fù)載星形聯(lián)接時(shí)，其線電流為,負(fù)載三角形聯(lián)解時(shí)，其相電流為,(2)電路線電流,一相電壓與電流的相量圖如圖所示,一相電壓與電流的相量圖如圖所示,(3)三相電路的有功功率,三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，UL=220V，當(dāng)S1、S2均閉合時(shí)，各電流表讀數(shù)均為17.3A，三相功率P=4.5kW，試求:1)每相負(fù)載的電阻和感抗；2)S1合、S2斷開(kāi)時(shí),各電流表讀數(shù)和有功功率P；3)S1斷、S2閉合時(shí),各電流表讀數(shù)和有功功率P。,例3：,或：P=I2RP=UIcostg=XL/R,解：,(1)由已知條件可求得,2)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí),IA=IC=10AIB=17.32A,流過(guò)電流表A、C的電流變?yōu)橄嚯娏鱅P，流過(guò)電流表B的電流仍為線電流IL。,因?yàn)殚_(kāi)關(guān)s均閉合時(shí)每相有功功率P=1.5kW,當(dāng)S1合、S2斷時(shí)，ZAB、ZBC的相電壓和相電流不變，則PAB、PBC不變。,P=PAB+PBC=3kW,IB=0A,3)S1斷開(kāi)、S2閉合時(shí),變?yōu)閱蜗嚯娐?I1仍為相電流IP，I2變?yōu)?/2IP。,IA=IC=10A+5A=15A,I2變?yōu)?/2IP，所以AB、BC相的功率變?yōu)樵瓉?lái)的1/4。,P=1/4PAB+1/4PBC+PCA=0.375W+0.375W+1.5W=2.25kW,某大樓為日光燈和白熾燈混合照明，需裝40瓦日光燈210盞(cos1=0.5)，60瓦白熾燈90盞(cos2=1),它們的額定電壓都是220V，由380V/220V的電網(wǎng)供電。試分配其負(fù)載并指出應(yīng)如何接入電網(wǎng)。這種情況下,線路電流為多少？,例4：,解:(1)該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖,解:(1)該照明系統(tǒng)與電網(wǎng)連接圖,三相交流電路的小結(jié)（1）-三相電源,三相三線制,三相四線制,三相交流電路的小結(jié)(2)-三相負(fù)載,星形負(fù)載,三角形負(fù)載,三相交流電路的小結(jié)(3)-三相電路計(jì)算,三相交流電路的小結(jié)(4)-三相功率計(jì)算,三相總功率：,