《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第2章 电路分析基础（三相交流）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子学 教学课件 ppt 作者 林小玲 第2章 电路分析基础（三相交流）（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 电路分析基础 (三相交流电路）,上海大学 自动化系 林小玲,第2章 电路分析基础,2.1 电路的基本定律,2.2 电路的分析方法,2.3 电路的暂态分析,2.4 正弦交流电路,2.5 三相正弦交流电路,重点,1.三相电路的基本概念,2.对称三相电路的分析,3.三相电路的功率,2.5 三相正弦交流电路,三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。,三相电路的优点：,（1）发电方面：比单相电源可提高功率50；,（2）输电方面：比单相输电节省钢材25；,（3）配电方面：三相变压器比单相变压器经济且便于接 入负载；,（4）运电设备：具有结构简单、成本
2、低、运行可靠、维 护方便等优点。,以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。,对称三相电源,通常由三相同步发电机产生的，三相绕组在空间互差120发布，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相交流电源。,三相同步发电机示意图,2.5.1 对称三相交流电源的产生,导线切割磁场 产生感应电势,三个正弦交流电动势满足以下特征,8,交流电机的简单工作原理,同步发电机原理结构示意图,导体感应电动势,大小 波形 频率 三相对称性,导体 交流绕组,同步电机的工作原理,同步电机是旋转的转子通入直流电流励磁,S,N,n,ea,eb,ec,If,10,
3、导体感应电动势,大小 波形 频率 三相对称性,（1） 瞬时值表达式,（2） 波形图,A、B、C 三端称为始端， X、Y、Z 三端称为末端。,（3） 相量表示,（4） 对称三相电源的特点,正序(顺序)：ABCA,负序(逆序)：ACBA,相序的实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。,以后如果不加说明，一般都认为是正相序。,正转,反转,（5） 对称三相电源的相序,三相电源中各相电源经过同一值(如最大值)的先后顺序,1.三相电源的星形联结,(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
4、）的电压,线电压：端线与端线间的电压,、Up,、Ul,2.5.2 三相电源的联接,(2) 线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,同理,(3) 相电流和线电流的关系,星型联接时，线电流等于相电流。,结论,2. 三相电源的三角形联结,结论,(2) 线电流相位滞后对应相电流30o。,联接的对称电路：,三相负载,不对称三相负载： 不满足 ZA =ZB = ZC 如由单相负载组成的三相负载,1. 三相负载,分类,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。,2.5.3. 三相负载及其联接,三相负载连接原则 （1） 电源
5、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。,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。,(1) 联结形式,N 电源中性点,N负载中性点,联结形式,3. 负载三角形联结的三相电路,线电流: 流过端线的电流,相电流: 流过每相负载的电流 、 、,2.5.4 三相电路,由对称的三相电源和三相负载连接所构成的系统,系统连 接方式,星形星形 星形三角形 三角形星形 三角形三角形,电源与负载都对称,电源与负载中任一方不对称,对称三相电路,不对称三相电路,2.5.4.1 对称三相电路计算,对
6、称的三相电路指：,电源对称 负载对称 线路对称,1)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：,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. Y Y联结（对称三相四线）计算,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。,例1：,若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电,若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及,星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。,电灯组，,流 IN ;,中性线电流 I
7、N 。,中性线电流,(2) 三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分别计算各线电流,中性线电流,例2：照明系统故障分析,解: (1) A相短路,1) 中性线未断,此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而 B相和C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) A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) A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。,此情况下，B相和C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) A相短路, 中性
8、线断开时,此时负载中性点N即为A, 因此负载各相电压为,(2) A相断路,2) 中性线断开,B、C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,结论,（1）不对称负载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。 （3）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（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。,例3:,求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。,则节点电压,负载电压,可见： 1. 不对称三相负载做星形联结且无中性线时, 三
9、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。,线电流不等于相电流,(2) 相电流,(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,相电流：,线电流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,1. Y 联结的计算,相量图,负载对称时, 相电流对称，即,(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。,结论：,(1) 负载上相电压与线电压相等，且对称。,(2) 线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的 倍，相位落后
10、相应相电流30。,故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余两相结果。,三相负载的联接原则,负载的额定电压 = 电源的线电压,负载的额定电压 = 电源线电压,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。,小结：,1. 三相电压、电流均对称。,负载为Y接,线电流与对应的相电流相同。,负载为接,线电压与对应的相电压相同。,(1) 将所有三相电源、负载都化为等值YY接电路；,(2) 连接各负载和电源中点，中线上若有阻抗不计；,(3) 画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：,(4) 根据 接、Y接时 线量、相量之间的关系， 求出原电路的电流电压。,(5) 由对称性，得出其它
11、两相的电压、电流。,对称三相电路的一般计算方法:,一相电路中的电压为Y接时的相电压。,一相电路中的电流为线电流。,例1,已知对称三相电源线电压为380V，Z=6.4+j4.8， Zl =6.4+j4.8。,求负载Z的相电压、线电压和电流。,解,画出一相计算图,例2,一对称三相负载分别接成Y和型。分别求线电流。,解,应用：Y降压起动。,例3,如图对称三相电路，电源线电压为380V，|Z1|=10，cos1 =0.6(滞后)， Z1= j50， ZN=1+ j2。,求：线电流、相电流，并定性画出相量图(以A相为例)。,解,画出一相计算图,根据对称性，得B、C相的线电流、相电流：,由此可以画出相量图
12、：,例4,首先消去互感，进行Y变换，然后取A相计算电路,负载化为Y接。,根据对称性，中性电阻 Zn 短路。,1. 对称三相电路功率的计算,2.5.5 三相电路的功率,Pp=UpIpcos,三相总功率： P=3Pp=3UpIpcos,（1）平均功率,注,(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，在对称三相制中即三相功率因数： cos A= cos B = cos C = cos 。,(3) 公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。,（2） 无功功率,Q=QA+QB+QC= 3Qp,（3） 视在功率,这里的，P、Q、S
13、都是指三相总和。,功率因数也可定义为： cos =P/S (不对称时 无意义),（4）对称三相负载的瞬时功率,单相：瞬时功率脉动,三相：瞬时功率恒定,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。,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 =380 V的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于UL=220 V的三相电源上。,例1:,解:,(1),(2),比较(1), (2)的结果:,有的电动机有两种额定电压, 如220/380 V。
14、 当电源电压为380 V时, 电动机的绕组应联结成星形； 当电源电压为220 V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。,例2:,各电阻负载的相电流,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。,负载星形联接时，其线电流为,负载三角形联解时，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,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,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17.3
15、A，三相功率 P = 4.5 kW，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) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。,例3：,或：P =I 2R P =UIcos tg =XL / R,解：,(1) 由已知条件可求得,2) S1闭合、S2断开时, IA=IC =10A IB =17.32 A,流过电流表 A、C 的电流变为相电流 IP，流过电流表B 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 =1.5 kW,当 S1合、S2断时，ZAB、ZBC 的相电压和相电流不 变，则PAB、PBC不变。,P = P
16、AB+PBC = 3 kW,IB = 0A,3) S1断开、 S2闭合时,变为单相电路,I1 仍为相电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。, IA=IC =10 A+ 5 A= 15A, I2 变为 1/2 IP，所以 AB、 BC 相的功率变为原来的1/4 。,P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦 日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1), 它们的额定电压都是220V，由380V/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入
