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1、第第1章章三相交流三相交流电电路路三相交流三相交流电电源与三相源与三相负载负载1A授授课课日期：日期：2010.9 2010.9 班次：班次：0808建筑建筑1 1、2 2、3 3班班 授授课时课时数：数：3 3第第1 1章章 三相交流三相交流电电路路教学目的：教学目的：l了解三相交流了解三相交流电电的的产产生；生；l理解三相理解三相电电源的特点；源的特点；l掌握三相掌握三相电电路中相路中相电压电压、相、相电电流、流、线电压线电压、线电线电流的关系流的关系重点：重点：三相三相电电路中相路中相电压电压、相、相电电流、流、线电压线电压、线电线电流的关系流的关系难难点：点：与重点相同与重点相同教学教
2、学过过程程：1.1三相三相电电源与三相源与三相负载负载1.1.1三相交流三相交流电电的的产产生生1.定定义义2.特点特点3.产产生生1.1.2三相三相电电源与三相源与三相负载负载的的连连接接1.三相三相电电源的星形源的星形联结联结2.三相三相电电源的三角形源的三角形联结联结3.三相三相负载负载的星形的星形联结联结4.三相三相负载负载的三角形的三角形联结联结5.典型例典型例题题分析分析2A电电能能可可以以由由热热能能（火火力力发发电电）、核核能能（核核能能发发电电）、水水能能（水水力力发发电电）、风风能能（风风力力发电发电）、）、太阳能太阳能（太阳能（太阳能电电站）站）、地地热热能能等等转换转换
3、而得。而得。第第1章章三相交流三相交流电电路路在在电电力力系系统统中中，电电力力是是由由发发电电厂厂生生产产的的，它它是是将将自自然然界界蕴蕴藏藏的的各各种种一一次次能能源源转转换换为为电电能能（二次能源）的工厂。（二次能源）的工厂。3A1 1火力火力发电发电厂厂 火力发电厂简称火电厂，它是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能来生产电能的。我国的火我国的火电电厂主要是燃煤。厂主要是燃煤。煤粉在煤粉在锅锅炉的炉膛内充分燃炉的炉膛内充分燃烧烧，将，将锅锅炉内的水炉内的水烧烧成高温高成高温高压压的蒸汽，推的蒸汽，推动动汽汽轮轮机机转动转动，使与它，使与它联轴联轴的的发电发电机旋机旋转发转发电电。其能量
4、转换过程是：锅锅炉炉燃料的化学能燃料的化学能热热能能汽汽轮轮机机机械能机械能发电发电机机电电能能4A(蒸汽管道)（冷凝器)（河流或水库）（变电所）输送带（涡轮）（煤炭供应 ）（锅炉）（大烟囱） （发电机） （冷却水）5A2水力发电厂 水力发电厂简称水电厂或水电站。（它是利用水流的位能来生产电能的。当控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机，带动发电机发电。） 其能量转换过程是：水流位能水流位能水水轮轮机机机械能机械能发电发电机机电电能能6A乌乌江渡江渡发电发电厂厂高高165米米 水力水力发电发电厂的容量大小决定厂的容量大小决定于上下游的于上下游的水位差水位差（简简称称水水
5、头头）和和流量的大小流量的大小。 因此，水力因此，水力发电发电厂往往厂往往需要修建需要修建拦拦河大河大坝坝等水工建筑等水工建筑物以形成集中的水位差，并依物以形成集中的水位差，并依靠大靠大坝坝形成具有一定容形成具有一定容积积的水的水库库以以调节调节河水流量河水流量. .7A世界第一大的水世界第一大的水电电工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下工程，位于西陵峡中段的湖北省宜昌市境内的三斗坪，距下游葛洲游葛洲坝坝水利枢水利枢纽纽工程工程38公里。三峡大公里。三峡大坝坝工程包括主体建筑物工程及工程包括主体建筑物工程及导导流工程两流工程两部分，工程部分，工程总总投投资为资为954.6亿亿元
6、人民元人民币币。1994年年12月月14日正式日正式动动工修建，工修建，2006年年5月月20日全日全线线建成。建成。2010年年7月月19日，日，三峡大三峡大坝坝迎来了一次峰迎来了一次峰值值在在65000立方米立方米/秒左右的洪水。堪比秒左右的洪水。堪比1998年年长长江三峡河江三峡河段的最高峰段的最高峰值值，这这也是三峡水也是三峡水库库建成以来所面建成以来所面临临的的规规模最大的一次洪水挑模最大的一次洪水挑战战。三峡大坝鸟瞰图 大大坝为坝为混凝土重力混凝土重力坝坝，坝顶总长坝顶总长30353035米，米，坝顶坝顶高程高程185185米，正常蓄水位米，正常蓄水位175175米，米，总库总库容
7、容393393亿亿立方米，其中防洪立方米，其中防洪库库容容221.5221.5亿亿立方米，能立方米，能够够抵御百年一遇的特大洪水。抵御百年一遇的特大洪水。配有配有2626台台发电发电机的两个机的两个电电站年均站年均发电发电量量849849亿亿度。航运能力从原有的度。航运能力从原有的10001000万吨提高到万吨提高到50005000万吨，万吨万吨，万吨级级船船队队可直达重可直达重庆庆，同，同时时运运输输成本也将降低成本也将降低3535。 8A3 3核能核能发电发电厂厂 核能核能发电发电厂又称厂又称为为原子能原子能发电发电厂，厂，简简称称为为核核电电厂厂或或核核电电站站。它主要是利用原子核的裂它
8、主要是利用原子核的裂变变能来生能来生产电产电能。能。 它的生它的生产过产过程与火程与火电电厂基本相同，主要区厂基本相同，主要区别别是以核反是以核反应应堆堆（俗称原子（俗称原子锅锅炉）代替了燃煤炉）代替了燃煤锅锅炉，以少量的核燃料代替了大量炉，以少量的核燃料代替了大量的煤炭。其能量的煤炭。其能量转换过转换过程是：程是： 反反应应堆堆核裂核裂变变能能热热能能汽汽轮轮机机机械能机械能发电发电机机电电能能 俄国悬浮核能核能发电发电厂厂9A4、风力发电发电厂厂 5、地热发电发电厂厂 10A6、太阳能发电发电厂厂11A1.1.1 三相交流三相交流电电的的产产生生1 1三相交流三相交流电电路的定路的定义义
9、由三相交流由三相交流电电源供源供电电的的电电路称路称为为三相交流三相交流电电路。路。 所所谓谓三三相相交交流流电电路路是是指指由由三三个个频频率率相相同同、最最大大值值（或或有有效效值值）相相等等、在在相相位位上上互互差差120120电电位位角角的的单单相相交交流流电电动动势势组组成成的的电电路路，这这三三个个单单相相交交流流电电动势动势称称为为三相三相对对称称电动势电动势。第第1章章三相交流三相交流电电路路12A1.1.1 1.1.1 三相交流三相交流电电的的产产生生2 2三相交流三相交流电电有何特点有何特点？优优点：点：（1 1）三三相相交交流流发发电电机机比比功功率率相相同同的的单单相相
10、交交流流发发电电机机体体积积小小、重重量量轻轻、成本低；、成本低；（2 2）电电能能输输送送，当当输输送送功功率率相相等等、电电压压相相同同、输输电电距距离离一一样样，线线路路损损耗耗也也相相同同时时，用用三三相相制制输输电电比比单单相相制制输输电电可可大大大大节节省省输输电电线线有有色色金金属属的的消消耗耗量量，即即输输电电成成本本较较低低。三三相相输输电电的的用用铜铜量量仅仅为为单单相相输输电电用用铜铜量的量的 ；（3 3）目目前前获获得得广广泛泛应应用用的的三三相相异异步步电电动动机机，是是以以三三相相交交流流电电作作为为电电源源，它它与与单单相相电电动动机机或或其其它它电电动动机机相相
11、比比，具具有有结结构构简简单单、价价格格低低廉廉、性能良好和使用性能良好和使用维护维护方便方便等等优优点。点。因此在因此在现现代代电电力系力系统统中，三相交流中，三相交流电电路路获获得广泛得广泛应应用。用。3 3三相交流三相交流电电如何如何产产生的生的？ 三相交流三相交流电电的的产产生就是指三相交流生就是指三相交流电动势电动势的的产产生。三相交流生。三相交流电动势电动势由三相交流由三相交流发电发电机机产产生，它是在生，它是在单单相交流相交流发电发电机的基机的基础础上上发发展而来的，展而来的，如如图图1.1所示。所示。13A图1.1 三相交流发电机 1.1.1 三相交流三相交流电电的的产产生生
12、磁极放在磁极放在转转子上，一般均由直流子上，一般均由直流电电通通过过励磁励磁绕组产绕组产生一个很生一个很强强的的恒定磁恒定磁场场。当。当转转子由原子由原动动机拖机拖动动作匀速作匀速转动时转动时，三相定子，三相定子绕组绕组即切割即切割转转子磁子磁场场而感而感应应出出三相交流三相交流电动势电动势。 这三个电动势的三角函数表达式为 转转子子直流直流电电14A其波形其波形图图如如图图1.2（a）所示，相量）所示，相量图图如如图图1.2（b）所示。）所示。图图1.2三相交流三相交流电动势电动势从从图图1.2（a）中中可可以以看看出出，三三相相交交流流电电动动势势在在任任一一瞬瞬间间其其三三个个电电动动势
13、势的代数和的代数和为为零。即零。即在在图图1.2（b）中中还还可可看看出出三三相相正正弦弦交交流流电电动动势势的的相相量量和和也也等等于于零零，即即1.1.1 三相交流三相交流电电的的产产生生15A把把它它们们称称做做三三相相对对称称电电动动势势，规规定定每每相相电电动动势势的的正正方方向向是是从从线线圈圈的的末端指向首端末端指向首端(或由低或由低电电位指向高位指向高电电位位)。1.1.2三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接案例案例1.2发电发电站由三相交流站由三相交流发电发电机机发发出的三相交流出的三相交流电电，通，通过过三相三相输电输电线传输线传输、分配、分配给给不同的用不同的用户户。
14、如：工厂的用如：工厂的用电设备电设备一般一般为为三相低三相低压压用用电电设备设备，功率，功率较较大；家庭用大；家庭用电设备电设备一般一般为单为单相低相低压压用用电设备电设备，功率，功率较较小。小。问题问题：我：我们们都听都听说过说过或看到或看到过过三相三三相三线线制供制供电电方式和三相四方式和三相四线线制供制供电电方式。它方式。它们们有何不同？如何有何不同？如何连连接？接？三相交流三相交流发电发电机机实际实际有三个有三个绕组绕组，六个接，六个接线线端，我端，我们们目前采用的是目前采用的是将将这这三相交流三相交流电电按照一定的方式，按照一定的方式，连连接成一个整体向外送接成一个整体向外送电电的的
15、。连连接的接的方法通常方法通常为为星形星形和和三角形三角形。(一一)三相三相电电源的源的连连接：接：16A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接根据使用方法的不同，根据使用方法的不同，电电力系力系统统的的负载负载可以分成两可以分成两类类。l一一类类是象是象电电灯灯这样这样有两根出有两根出线线的，叫做的，叫做单单相相负载负载，又如：，又如：电风电风扇、收扇、收音机、音机、电电烙烙铁铁、单单相相电动电动机等都是机等都是单单相相负载负载；l一一类类是象三相是象三相电动电动机的机的这样这样的有三个接的有三个接线线端的端的负载负载，叫做，叫做三相三相负载负载。在三相在三相负载负载中，中，l如果
16、每相如果每相负载负载的的电电阻均相等，阻均相等，电电抗也相等（均抗也相等（均为为容抗或均容抗或均为为感抗），感抗），则则称称为为三相三相对对称称负载负载；l如果各相如果各相负载负载不同，就是不同，就是三相不三相不对对称称负载负载，如三相照明，如三相照明电电路中的路中的负载负载。负载负载也和也和电电源一源一样样可以采用两种不同的可以采用两种不同的连连接方法，即：接方法，即：星形星形联结联结和和三角形三角形联结联结。(二二)三相三相负载负载的的连连接：接：17A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接图图1.3 1.3 三相三相电电源的星形源的星形联结联结（有中性（有中性线线） l三相三相
17、绕组绕组末端相末端相连连的一点称的一点称中性点中性点，一般用，一般用“N”表示。表示。l从中点引出的从中点引出的线线叫叫中性中性线线（简简称中称中线线），由于中），由于中线线一般与大地相一般与大地相连连，通常又称通常又称为为地地线线（或零（或零线线）。l从首端从首端U1、V1、W1引出的三根引出的三根导线导线称称相相线线（或端（或端线线）。由于它与大。由于它与大地之地之间间有一定的有一定的电电位差，一般又通称位差，一般又通称火火线线。2）中点、中性）中点、中性线线、相、相线线：将将电电源的三相源的三相绕组绕组末端末端U2、V2、W2连连在一起，首端在一起，首端U1、V1、W1分分别别与与负载负
18、载相相连连，这这种方式就叫做种方式就叫做星形星形联结联结。其接法如其接法如图图1.3所示。所示。1）星形）星形联结联结：（1 1）基本概念）基本概念 1三相三相电电源的星形源的星形联结联结（Y接）接）18A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接图图1.3 1.3 三相三相电电源的星形源的星形联结联结（有中性（有中性线线） 由三根火由三根火线线和一根地和一根地线线所所组组成的成的输电输电方式称方式称三相四三相四线线制。制。（通常在低（通常在低压压配配电电系系统统中采用）。中采用）。只由三根火只由三根火线线所所组组成的成的输电输电方式称方式称三相三三相三线线制。制。（在高（在高压输电时压
19、输电时采用采用较较多）。多）。3）输电输电方式：方式：1三相三相电电源的星形源的星形联结联结（Y接）接）19A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接（2 2）三相）三相电电源星形源星形联结时联结时的的电压电压关系关系1 1）相）相电压电压2 2）线电压线电压 相相电压电压与与线电压线电压参考方向的参考方向的规规定：定：相相电压电压的正方向是由首端指向中点的正方向是由首端指向中点N，例，例如如电压电压是由首端是由首端U1指向中点指向中点N线电压线电压的方向，的方向，如如是由首端是由首端U1指向首端指向首端V1。如。如图图1.3所示。所示。 即每个即每个绕组绕组的首端与末端之的首端与末端
20、之间间的的电电压压。相。相电压电压的有效的有效值值用用 表示；表示； 、 、 即各即各绕组绕组首端与首端之首端与首端之间间的的电压电压，即任意两根相，即任意两根相线线之之间间的的电压电压叫做叫做线电压线电压，其有效，其有效值值分分别别用用 表示。表示。、图图1.3三相三相电电源的星形源的星形联结联结（有中性（有中性线线）20A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接故两端故两端线线U和和V之之间间的的线电压应该线电压应该是两个相是两个相应应的相的相电压电压之差，即之差，即线电压线电压大小利用几何关系可求得大小利用几何关系可求得为为：同理可得：同理可得：结论结论：三相：三相电电路中路中线
21、电压线电压的大小是相的大小是相电压电压的的倍倍，其公式，其公式为为图图1-4 1-4 电电源星型源星型联结时联结时的的电压电压相量相量图图3）线电压线电压UL与相与相电压电压UP的关系的关系三相三相电电源源Y形形联结时联结时的的电压电压相量相量图图，如如图图1.4所示。三个相所示。三个相电压电压大小相等，大小相等，在空在空间间各相差各相差120120。21A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接 平常我平常我们讲电们讲电源源电压为电压为220V220V，即是指相，即是指相电压电压；讲电讲电源源电压电压为为380V380V，即是指，即是指线电压线电压。 由此可由此可见见：三相四：三相四
22、线线制的供制的供电电方式可以方式可以给负载给负载提供两种提供两种电电压压，即，即线电压线电压380V380V和相和相电压电压220V220V，因而在，因而在实际实际中中获获得了广泛得了广泛的的应应用。用。 22A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接2三相三相电电源的三角形源的三角形联结联结（接）接）（1）基本概念）基本概念 如如图图1.5所示，将所示，将电电源一相源一相绕组绕组的末端与另一相的末端与另一相绕组绕组的首端依次相的首端依次相连连（接成一个三角形），再从首端（接成一个三角形），再从首端U1、V1、W1分分别别引出端引出端线线，这这种种连连接方接方式就叫式就叫三角形三角形联
23、结联结。23A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接（2 2）三相）三相电电源三角形源三角形联结时联结时的的电压电压关系关系所以，三相所以，三相电电源三角形源三角形联结时联结时，电电路中路中线电压线电压的大小与相的大小与相电压电压的大小相等的大小相等即：即：由由图图可可见见由由相量相量图图5.6可以看出，三个可以看出，三个线电压线电压之和之和为为零，即：零，即：同理可得，在同理可得，在电电源的三相源的三相绕组绕组内部三个内部三个电动势电动势的相量和也的相量和也为为零，即零，即24A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接3三相三相负载负载的星形的星形联结联结（1）接）接线线特
24、点特点如如图图：为为三相三相负载负载星形星形联结电联结电路路图图，它的接，它的接线线原原则则与与电电源的星源的星形形联结联结相似，即相似，即将每相将每相负载负载末端末端连连成一点成一点N（中性点（中性点N），首端），首端U、V、W分分别别接到接到电电源源线线上。上。中中线电线电流流对应对应的相量式的相量式为为25A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接图图5.75.7的接的接线线方式是只有三根相方式是只有三根相线线，而没有中性，而没有中性线线的的电电路，即路，即三相三三相三线线制制，图图5.85.8的接的接线线方式除三根相方式除三根相线线外，在中性点外，在中性点还还接有中性接有中性线
25、线，即，即三相四三相四线线制制。 三相四三相四线线制除供制除供电给电给三相三相负载负载外，外，还还可供可供电给单电给单相相负载负载，故凡有照明、，故凡有照明、单单相相电动电动机、机、电电扇、各种家用扇、各种家用电电器的器的场场合，也就是合，也就是说说一般低一般低压压用用电场电场所，大多所，大多采用三相四采用三相四线线制制。26A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接（2）电压电压、电电流关系流关系线电压线电压：三相三相负载负载的的线电压线电压就是就是电电源的源的线电压线电压，也就是两根相，也就是两根相线线之之间间的的电压电压；相相电压电压：每相每相负载负载两端的两端的电压电压称作称作
26、负载负载的相的相电压电压，在忽略，在忽略输电线输电线上的上的电压电压降降时时，负载负载的相的相电压电压就等于就等于电电源的相源的相电压电压；线电线电流流：流流过过每根相每根相线线上的上的电电流叫流叫线电线电流；流；相相电电流流：流流过过每相每相负载负载的的电电流叫相流叫相电电流；流；中中线电线电流流：流流过过中中线线的的电电流叫中流叫中线电线电流。流。对对于三相于三相电电路中的每一相而言，可以看成一个路中的每一相而言，可以看成一个单单相相电电路，所以各相路，所以各相电电流与流与电压间电压间的相位关系及数量关系都可用的相位关系及数量关系都可用讨论单讨论单相相电电路的方法来路的方法来讨论讨论。27
27、A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接（3）三相四）三相四线线制的特点是：制的特点是：1）相）相电电流流等于等于线电线电流流，即，即2）加在）加在负载负载上的相上的相电压电压和和线电压线电压之之间间有如下关系有如下关系3）流）流过过中性中性线线N的的电电流流为为 当三相当三相电电路中的路中的负载负载完全完全对对称称时时，在任意一个瞬，在任意一个瞬间间，三个相，三个相电电流中，流中，总总有一相有一相电电流与其余两相流与其余两相电电流之和大小相等，方向相反，正好互相抵消。流之和大小相等，方向相反，正好互相抵消。所以，流所以，流过过中性中性线线的的电电流等于零。流等于零。 因此，在三相因
28、此，在三相对对称称电电路中，当路中，当负载负载采用星形采用星形联结时联结时，由于流，由于流过过中性中性线线的的电电流流为为零，故三相四零，故三相四线线制就可以制就可以变变成三相三成三相三线线制供制供电电。28A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接4三相三相负载负载的三角形的三角形联结联结（1）接）接线线特点特点 将三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的接法，称为三相负载的三角形三角形联结联结，如图5.10所示。29A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接（2）电压电压、电电流关系流关系 由于三角形联结的各相负载是接在两根相线之间，因此负载的相电压就是线电压。假假设设三
29、相三相电电源及源及负载负载均均对对称，称，则则三相三相电电流大小均相等：流大小均相等：30A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接三个相三个相电电流在相位上互差流在相位上互差120度，度，图图5.11画出了它画出了它们们的相量的相量图图，并假，并假定定电压电压超前超前电电流一个角度。所以，流一个角度。所以，线电线电流分流分别为别为：由由图图5.11通通过过几何关系不几何关系不难证难证明明。从矢量。从矢量图图中中还还可看到可看到线线电电流和相流和相电电流不同相，流不同相，线电线电流滞后相流滞后相应应的相的相电电流一个流一个30电电角。角。31A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连
30、连接接2）线电线电流流是相是相电电流流的的倍，即倍，即 在三相三在三相三线线制制电电路中，根据路中，根据KCLKCL，把整个三相，把整个三相负载负载看成一个看成一个节节点的点的话话，则则不不论负载论负载的接法如何，以及的接法如何，以及负载负载是否是否对对称，三相称，三相电电路中的三个路中的三个线电线电流的流的瞬瞬时值时值之和或三个之和或三个线电线电流的相量和流的相量和总总是等于零，即是等于零，即 例例1.1 1.1 有有三三个个100100的的电电阻阻，将将它它们们联联结结星星形形或或三三角角形形，分分别别接接到到线线电电压压为为380380的的对对称称三三相相电电源源上上。试试求求：线线电电
31、压压、相相电压电压、线电线电流和相流和相电电流各是多少。流各是多少。 因此三相因此三相对对称称负载负载三角形三角形联结联结的的电电流、流、电压电压关系关系为为： 1）线电压线电压与相与相电压电压相等，即相等，即32A负载负载的相的相电电流（等于流（等于线电线电流流）（2）负载负载作三角形作三角形联结联结，如，如图图（b）所示。）所示。负载负载的的线电压为线电压为负载负载的相的相电压电压等于等于线电压线电压负载负载的相的相电电流流为为负载负载的的线电线电流流为为相相电电流的流的倍倍解：解：（1）负载负载作星形作星形联结联结，如，如图图（a）所示。所示。负载负载的的线电压为线电压为负载负载的相的相电压为线电压电压为线电压的的，即，即例例1.1 1.1 有有三三个个100100的的电电阻阻，将将它它们们联联结结星星形形或或三三角角形形，分分别别接接到到线线电电压压为为380380的的对对称三相称三相电电源上。源上。试试求：求：线电压线电压、相、相电压电压、线电线电流和相流和相电电流各是多少。流各是多少。 33A1.12三相三相电电源与源与负载负载的的连连接接34A
