三相交流电路教学

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1、情景1 三相交流电路,概述： 目前电力工程上普遍采用三相制供电。 由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为50HZ)彼此之间相位互差120o的正弦电压所组成的供电系统。 前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因而称单相交流电路。 另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，因而前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法，在此仍然适用。,三相制供电比单相制供电优越,在发电方面：三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。,在输电方面：如果以相同电压将相同大小的功率输送到相同距离，三相输电线比单相输电线节省材料。,在用电设备方面：三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特

2、性好等等。,因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。,1.三相交流发电机主要组成部分：,电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。,磁极,三相绕组,n,单相绕组,（是转动的，亦称转子）,三相绕组的三相电动势幅值相等, 频率相同, 彼此之间相位相差120。,+,+,+,铁心,绕组,A,X,任务1 三相电源与三相负载,活动1：三相交流电动势的产生,三相对称电动势的产生,由于电机结构的原因, 这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等, 频率相同, 彼此之间相位相差120。可将其表示为：,2.相量形式,3.对称正弦量 幅值相等, 频率相同, 相位互相差120的正弦量。,对称正

3、弦量特点为：,120,120,120,三相电压相量图,4.正弦量的相序,三相交流电在相位上的先后次序称为相序。,上述的三相电源的相序为ABC。在电力系统中一般用黄、绿、红 区别A、B、C 三相。,顺序：相序为ABC 。 逆序：相序为A C B 。,三相发电机中各绕组电动势到达幅值（或零值）的先后次序。,活动2 三相电源的联接 1.星形联接,N,中点 或零点,把发电机三相绕组的末端 接成一点。而把始端 作为与外电路相联接的端点。 这种联接方式称为电源的星形联结。,火线,中线或零线,火线,火线,线电压,相电压,目前，我国供电系统线电压 380V，相电压220V。,三相四线制,N,中点 或零点,火线

4、,中线或零线,火线,火线,线电压,相电压,根据KVL：,各线电压与相电压之间的关系为:,三相电源各电压间的相量关系,线电压的有效值用 表示, 相电压的有效值用Up表示。 由相量图可知它们的关系为:,2. 形联结,发电机三相绕组依次首尾相联，引出三条线，称为三角形联结。,如果三相电源电动势对称，则三相电压的相量和为零，即：,如果将某一相绕组接反，三角形回路中的总电压为 ：,对称,交流电路中的用电设备，大体可分为两类： 一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三相负载,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为对称负载，如三相电动机。 另一类是只需接单相电源的负载，它们可以按照需要接在三相电源的

5、任意一相相电压或线电压上。对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的复阻抗一般不相等，所以不是三相对称负载。如照明灯。,活动3 三相负载的联接,1. Y 形联结,N,负载中电流: (略线路阻抗),中性线中的电流为:,若负载对称，即,对称负载相量图,对称负载可以去掉中线。,三相交流电动机,如果三相负载对称, 中线中无电流, 故可将中线除去, 而成为三相三线制系统。 但是如果三相负载不对称, 中线上就会有电流IN通过, 此时中线是不能被除去的, 否则会造成负载上三相电压严重不对称, 使用电设备不能正常工作。,三相电动势和负载对称，各相电压和电流也都对称。只要某一相电压、电流求得，其他两相就可以根据对

6、称关系直接写出 ； 各相电流仅由各相电压和各相阻抗决定。各相计算具有独立性。三相对称电路计算可归结为一相来计算。,【例1-1】 星形联接的三相负载，每相电阻R=6，感抗 XL=8 。电源电压对称， 设 ，试求电流。,解 : 因为负载对称，计算一相即可，现以U相为例。,在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧。,负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三种类型的复

7、物，复合后统称“阻抗”，写成数学公式即是：阻抗Z= R+j ( XL XC) 。其中R为电阻，XL为感抗，XC为容抗。如果( XLXC) 0，称为“感性负载”；反之，如果( XL XC) 0称为“容性负载”。,所谓谐振，按电路理论，它是正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；如果正弦电压加在电感和电容并联电路上，当正弦电压频率为某一值时，电路的总导纳(导纳是阻抗的倒数)为零,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振，后者称为并联谐振。,【例 1-2 】在如图（a）所示的三相四线制电路中, 外加电压UL

8、=380 V, 试求各相负载电流及中线电流。 ,解: 相电压,选,为参考相量, 则:,中线电流为,中线的作用: 中线在三相电路中的作用是既能为用户提供两种不同的电压, 同时又为星形联接的不对称负载提供对称的 220 V相电压。 因此, 为了保证负载的相电压对称, 在中线的干线上是不准接入熔断器和开关的, 而且要用具有足够机械强度的导线作中线。 ,活动4. 负载的三角形联接（ 形）,若忽略端线阻抗（ZL=0）, 则电路具有以下关系。,iC,A,B,C,iB,iA,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,(2) 负载线、相电流之间的关系,线、相电压对应相等,(1) 负载线、相电

9、压之间的关系,各相负载相电流分别为,各相负载的电压与电流相位差分别为,(2) 负载线、相电流之间的关系,根据KCL，负载线、相电流 之间的关系为,若负载对称，即,和,则负载相电流也是对称的，即,显然三个线电流也对称，若有 效值用Il表示，则有IA= IB= IC= Il，且 ；相位上，线电流滞 后相应的相电流30o 。,iC,A,B,C,iB,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,(3) 各线电流由两相邻相电流决定。在对称条件下, 线电流是相电流的 倍, 即 , 且滞后于相应的相电流30。,由上述可知, 在负载为三角形联接时, 相电压对称。 若某一相负载断开, 并不影响其

10、他两相的工作。,相量图,【例 1-3 】如图 所示的三相三线制电路中, 各相负载的复阻抗Z=(6+j8) , 外加线电压380V,试求正常工作时负载的相电流和线电流。 ,式中, 每相阻抗为：,则线电流为：,解：由于是对称电路, 所以 每相相电流为：,【例 1-4 】在图示的电路中，设三相对称电源线电压为380V，三角形联接的对称负载 每相阻抗Z=4+j3 ，试求各相电流与线电流，并作相量图。,解: 设,各线电流：,U相电流：,其余两相电流：,不对称三相电路计算 不对称三相电路：三相电源不对称或各相负载阻抗不相等时，电路中的各相电流是不对称的。 三相电源的不对称程度很小，可近似地当作对称来处理。

11、 【例 1-5 】电路如图，若不对称形负载接于对称三相电源上，电源相电压为220V，U相接一只220V、100W灯泡，V相、W相各接入一只220、200W灯泡，中线阻抗不计，求各相电流和中线电流。,解 中线阻抗不计， 各相 电压对称，三相可以分别计算。,三相负载的联接原则,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。,三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三 角形，而照明负载一般都联结成星形(具有中性线)。,N,+,+,+,L1,L2,L3,负载的额定电压 = 电源的线电压,负载的额定电压 = 电源的相电压,电灯等单相负载为三相四线制,电动机负载为三相三线制,两者皆为星

12、形联接,电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式.,三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压决定。,当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联接；,当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联接。,注意,三 相 四 线 制,三角 形联 接,星形联接,负载对称时：,任务2 三相电路的功率,三相总有功功率：,三相电路的功率,在三相负载对称的条件下：,【例 1-6 】对称三相电源线电压380V，形对称负载每相阻抗 Z=12+j16 ，试求 各相电流和线电流。如将负载改为形对称接法，求各相电流和线电流，分别计算 形、形接法时的三相总功率。,解: 由形接法可知，相电压为线电压的,取U相为参考相：,则

13、线电压：,各相电流：,对称关系：,形接法，三相功率：,形接法时，相电流：,线电流：,三相功率 ：,灯组，若R1=5 , R2=10 , R3=20 。,一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。负载为电,例1-7：照明系统故障分析,解: (1) A相短路,1) 中性线未断,此时 L1 相短路电流很大, 将L1相熔断丝熔断,试分析下列情况 (1) L1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) L1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。,而 L2 相和 L3 相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。,10,2

14、0,10,此情况下，L2相和L3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) L1相短路, 中性线断开时,此时负载中性点N即为L1, 因此负载各相电压为,(2) L1相断路,2) 中性线断开,L2 、 L3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,L1相灯不亮。,10,20,10,例1-8：,某大楼的系统供电线路图如下图所示。 某一天，该大楼电灯突然发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是

15、什么原因？,本系统供电线路图,讨论,(1) 分析得，当E处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，亮度变暗，一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。,(2) 因为三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三楼灯比 二楼灯暗。,解：,L1,N,三层,二层,一层,+,L2,L3,三相三线制： 线电压=380V,Z,A,C,B,.,.,.,一楼,二楼,三楼,220V,100W,某三层楼房，若每层装入照明灯的盏数及每盏灯的额定功率完全相同。,试分析能否采用图示三相三线制的接线方式供电？,N,照明系统分析,三相三线制： 线电压=380V,情况1： 一楼全部断开， 二、三楼全部接通。,二、三两层楼的灯承受的