建筑電氣：三相交流電路.ppt

2 4三相交流電路 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 2 4 1三相交流電源 2 4 2三相負載的組成與連接 2 4 3三相功率 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 1 三相交流電流 2 三相電源的星形聯接 3 三相電源的三角形聯接 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 1 三相交流電流在前一節(jié)介紹的正弦交流電路中 其電路系統(tǒng)由單一的正弦電源供電 也稱單相交流電路 若系統(tǒng)是由三個頻率相同 幅值相等但相位不同的電動勢 且按一定的方式連接起來的交流電源供電 就稱為三相交流電路 當今絕大數電力系統(tǒng)均采用三相電路來傳輸電能 工廠中的電力設備大多數也是三相設備 如三相交流電動機 三相交流電路在工農業(yè)生產中廣泛應用 是由于它與單相交流電路相比有著許多優(yōu)點 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 1 在同一尺寸下 三相發(fā)電機發(fā)出的功率大 2 在輸出距離和功率一定時 采用三相制可以節(jié)約有色金屬 3 三相交流電動機等用電設備結構簡單 性能良好 價格便宜 組成三相交流電路的每一相電路是單相交流電路 整個三相交流電路則是由三個單相交流電路所組成的復雜電路 它的分析方法是以單相交流電路的分析方法為基礎的 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相交流電一般是由三相交流發(fā)電機產生的 其原理圖如圖2 36所示 在發(fā)電機中有三個相同的繞組 即線圈 三個繞組的首端分別用U1 V1 W1表示 尾端分別用U2 V2 W2表示 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 這U1U2 V1V2和W1W2三個繞組分別稱為U相 V相 W相繞組 當轉子以角速度 轉動時 這三個繞組中便感應出幅值相等 頻率相同 相位互差120 的三個電動勢 這樣的三相電動勢稱為對稱三相電源 對稱三相電源的瞬時值表達式 2 65 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 相量形式為 2 66 對稱三相電勢的波形圖和相量圖如圖2 37和2 38所示 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 從波形圖和相量圖可得 對稱三相電勢的瞬時值的和恒等于零 即 對稱三相電勢的相量和亦為零 即 2 67 2 68 這是對稱三相電源的重要特點 通常三相發(fā)電機產生的都是對稱三相電源 本書今后若無特殊說明 提到的三相電源均為對稱三相電源 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相電源中電壓到達最大值 或零值 的先后次序稱為相序 從圖2 37可以看出 其三相電勢到達最大值的次序依次為eU eV eW 則其相序為U V W U 稱為順序或正序 工業(yè)上常以此順序在發(fā)電機的三相引出線涂黃 綠 紅三種顏色 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相發(fā)電機的每一相繞組產生的電動勢都是獨立的電源 將此獨立電源的三個繞組以一定的方式聯接起來就構成三相電源 三相電源通常有兩種聯接方式 一種方式是星形 也稱Y形 聯接 另一種方式是三角形 也稱 形 聯接 對三相發(fā)電機來說 通常采用星形聯接 但三相變壓器也有接成三角形的 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 2 三相電源的星形聯接將對稱三相電源的尾端U2 V2 W2聯在一起 分別由三個首端U1 V1 W1引出三條輸電線 這種聯接稱為三相電源的星形聯接 這三條輸電線稱為相線或端線 俗稱火線 用A B C表示 U2 V2 W2的聯結點稱為中性點 由三條輸電線向用戶供電 稱為三相三線制供電方式 在低壓系統(tǒng)中 一般采用三相四線制 即由中性點再引出一條稱為中性線 零線 的線路與三條相線一同向用戶供電 如圖2 39所示 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 星形聯接時 三相電源的每一相線與中線構成一相 其電壓稱為相電壓 即每相繞組的電壓 常用表示 而端線之間的電壓稱為線電壓 用表示 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 一般規(guī)定線電壓的方向是由A線指向B線 B線指向C線 C線指向A線 下面分析星形聯接時對稱三相電源線電壓與相電壓的關系 根據圖2 39 由KVL可得 三相電源的線電壓與相電壓有以下關系 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 假設 0 120 120 則 90 30 30 30 150 30 2 69 由上式可得 三相線電壓對稱 線電壓的有效值是相電壓有效值的倍 相位分別超前對應相電壓30 對稱三相系統(tǒng)線電壓通常用Ul表示 相電壓用Up表示 則 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 其相量圖如圖2 40所示 三相四線制給用戶提供相 線兩種電壓 目前電力網的低壓供電系統(tǒng) 又稱民用電 為三相四線制 此系統(tǒng)供電的線電壓為380V 相電壓為220V 通常寫作電源電壓380 220V 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 將對稱三相電源中的三個繞組按相序依次聯接如圖2 41 由三個聯接點引出三條端線 這樣的聯接方式稱為三角形 形 聯接 3 三相電源的三角形聯接 2 4 1三相交流電源 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 由圖2 41可見 三相電源作三角形聯接時 線電壓就是相應的相電壓 對稱三相電源接成三角形聯接時 它一定是三相三線制 此時 Ul UP 三角形聯接的三相繞組形成閉合回路 三相電壓之和 所以回路中不會有電流 但若有一相電源極性接反 造成三相電源電壓之和不為零 將會在回路中產生很大的電流 所以三相電源作為三角形聯接時 聯接前必須認真檢查 0 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相電源和三相負載相聯組成三相電路 1 負載的組成負載即用電設備 它包括單相負載和三相負載兩類 一些小功率用電設備 例如電燈 家用電器等 為使用方便都制成單相的 用單相交流電供電 稱為單相負載 三相負載有對稱與不對稱兩種 對稱三相負載即指三相用電設備內部結構是相同的三部分 且三個復阻抗相同 例如三相異步電動機等 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 根據要求它們可接成Y或 如圖2 42所示 對稱三相負載用對稱三相電源供電 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 圖2 43中 三相電源作星形聯接 三相負載也作星形聯接 且有中線 這種聯接稱Y Y聯接的三相四線制 2 負載的Y聯接 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 設每相負載阻抗均為 N為電源中點 N 為負載的中點 NN 為中線 設中線的阻抗為ZN 每相負載上的電壓稱為負載相電壓 用 表示 負載端線之間的電壓稱為負載的線電壓 用 表示 各相負載中的電流稱為相電流 用 表示 火線中的電流稱為線電流 用 表示 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 線電流的參考方向從電源端指向負載端 中線電流的參考方向從負載端指向電源端 對于負載Y聯接的電路 線電流就是相電流 三相電路實際是一個復雜正弦交流電路 采用電路理論中的節(jié)點法可得 即負載中點與電源中點是等電位的 它與中線阻抗的大小無關 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 由此可得 2 70 上式表明 在輸電線阻抗不計時負載相電壓等于電源相電壓 即負載三相電壓也為對稱三相電壓 進一步計算可得 三相電流也是對稱的 因此 對稱Y Y聯接電路的計算可歸結為一個單相的計算 如A相 算出后 根據對稱性即可推知其它兩相電流 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 由于三相電流對稱 而中線電流即中線中無電流 若對稱Y Y聯接電路中無中線 即時 由節(jié)點法分析可知即負載中點與電源中點仍然等電位 注意前提是對稱Y Y聯接 此時每相電路仍然是獨立的 因此 電路計算仍可用三相四線制的計算方法 即采用計算一相 推知其它兩相的方法 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 綜上所述 對稱Y Y聯接的電路 不論有無中線以及中線阻抗的大小 都不會影響各相負載的電流和電壓 在進行電路計算時 可將電源中點和負載中點用一導線聯接 先計算一相 從而推算其它兩相 由于 所以負載的線電壓與相電壓的關系同電源的線電壓與相電壓的關系相同 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 即 2 71 式中 負載的線電壓和相電壓 V 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 當忽略輸電線阻抗時 電源的線電壓和相電壓 綜上所述可知 負載星形聯接的對稱三相電路其負載電壓 電流有以下特點 1 線電壓 相電壓 線電流 相電流都是對稱的 2 線電流等于相電流 3 線電壓等于倍的相電壓 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 例2 5如圖2 44所示為一對稱三相電路 對稱三相電源的線電壓為380V 每相負載的阻抗 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 30 輸電線阻 求三相負載的相電壓 線電壓 相電流 解電源相電壓 設 0 V 則 2 69 30 9 A 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 由對稱性得 2 69 150 9 A 2 69 89 1 A 故相電流為 三相負載的相電壓 30 2 69 30 9 215 2 0 9 V 120 9 V 119 1 V 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相負載的線電壓 30 372 7 29 1 V 372 1 90 9 V 372 1 149 1 V 可見 由于輸電線路阻抗的存在 負載的相電壓 線電壓與電源的相電壓 線電壓不相等 但仍是對稱的 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 3 負載的 聯接負載作三角形聯接 如圖2 45所示 由圖可以看出 與負載相聯的三個電源一定是線電壓 因此 在分析負載作三角形聯接的電路時 只要知道三個線電壓就夠了 而不必追究電源是星形聯接還是三角形聯接 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 負載三角形聯接時 設三相負載相同 每相負載阻抗為 其負載線電 相電流 其方向如圖2 45所示 設 0 V 當忽略輸電線阻抗時 負載線電壓等于電源線電壓 負載的相電流為 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 120 120 2 72 線電流 30 2 73 30 30 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 以上分析可知 負載三角形聯接的對稱三相電路 負載中的三相電壓和電流都是對稱的 每相負載上的線電壓與相電壓相等 線電流的大小是相電流倍 且滯后相應的相電流30 電壓 電流相量圖如圖2 46所示 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 綜上所述可知 負載 形聯接的對稱三相電路 其負載電壓 電流有以下特點 1 相電壓 線電壓 相電流 線電流均對稱 2 線電壓等于相電壓 3 線電流的有效值等于相電流有效值的倍 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 例2 6已知負載 聯接的對稱三相電路 電源為Y形聯接 其相電壓為110V 負載每相阻抗Z 4 j3 求負載的相電壓和線電流 解電源線電壓 設 0 V 則相電流 38 36 9 A 根據對稱性得 38 156 9 A 38 83 1 A 2 4 2三相負載的組成與連接 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 線電流 30 A 36 9 30 66 66 9 A 66 186 9 66 173 1 A 66 53 1 A 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 在三相電路中 三相負載的有功功率等于每相負載上的有功功率之和 即 若負載是對稱三相負載 各負載吸收的功率相同 即 2 74 當對稱負載Y形聯接時 當負載是 形聯接時 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 代入式 2 71 得 2 75 由此可見 星形聯接和三角形聯接的對稱三相負載的有功功率 均可用線電壓 線電流以及每相的功率因數來表示 同理 對稱三相負載時三相無功功率為 2 76 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 三相電路的總視在功率 若為對稱三相負載 則 三相負載的功率因數為 在對稱情況下 就是一相負載的功率因數 即為負載的阻抗角 在不對稱負載中 各相的功率因數不同三相負載的功率因數值無實際意義 2 77 2 78 2 79 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 例2 7某三相異步電動機每相繞組的等值阻抗功率因數cos 0 8 正常運行時繞組作三角形聯接 電源線電壓為380V 試求 1 正常運行時相電流 線電流和電動機的輸入功率 2 為了減小起動電流 在起動時改接成星形 試求此時的相電流 線電流及電動機輸入功率 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 解 1 正常運行時 電動機作三角形聯接 2 起動時 電動機星形聯接 2 4 3三相功率 主要內容 普通高等教育 十一五 國家級規(guī)劃教材 從此例可以看出 同一個對稱三相負載接于一電路 當負載作 聯接時的線電流是Y聯接時線電流的三倍 作 聯接時的功率也是作Y形聯接時功率的三倍