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1、第6章 三相正弦交流电路 u掌握三相电路中电源及负载的连接方法。掌握三相电路中电源及负载的连接方法。u掌握相电压与线电压、相电流与线电流在对称三相电路掌握相电压与线电压、相电流与线电流在对称三相电路中的相互关系。中的相互关系。u掌握对称三相电路电压、电流和功率的计算。掌握对称三相电路电压、电流和功率的计算。u掌握不对称三相四线制电路中中线的作用。掌握不对称三相四线制电路中中线的作用。本章学习要求本章学习要求 6.1 6.1 三相电源三相电源6.2 6.2 三相负载三相负载6.3 6.3 对称三相电路的分析对称三相电路的分析 6.4 6.4 不对称三相电路的分析不对称三相电路的分析 6.5 6.
2、5 三相电路的功率三相电路的功率 本章大纲本章大纲6.1三相电源三相电源是由三相交流发电机产生的。如三相电源是由三相交流发电机产生的。如图为三相交流发电机的示意图，它主要由图为三相交流发电机的示意图，它主要由定子和转子组成。定子铁芯中嵌放了定子和转子组成。定子铁芯中嵌放了AXAX、BYBY、CZ CZ 三个相同的对称线圈。这里所说三个相同的对称线圈。这里所说的的“相同相同”和和“对称对称”是指三个线圈在尺是指三个线圈在尺寸、匝数和绕法上完全相同，空间上彼此寸、匝数和绕法上完全相同，空间上彼此相隔相隔120120的电角度。三相绕组始端分别的电角度。三相绕组始端分别用用A A、B B、C C表示，
3、末端用表示，末端用X X、Y Y、Z Z表示，三表示，三相交流发电机的示意图及电动势的正方向相交流发电机的示意图及电动势的正方向称为称为A A相、相、B B相、相、C C相，颜色一般用黄色、相，颜色一般用黄色、绿色、红色表示绿色、红色表示。 三相电源是由有效值相等、频率相同而相位互差三相电源是由有效值相等、频率相同而相位互差120120的的3 3个正弦个正弦电压源按一定方式连接起来供电的体系。电压源按一定方式连接起来供电的体系。6.1.1三相电源的产生三相电源的产生 转子是电磁铁，其磁极表面转子是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布。当转的磁场按正弦规律分布。当转子在原动机的带动下以角速度子
4、在原动机的带动下以角速度作逆时针匀速转动时，则定子作逆时针匀速转动时，则定子的每相绕组依次切割磁力线，的每相绕组依次切割磁力线，其中产生频率相同、幅值（或其中产生频率相同、幅值（或有效值）相等的正弦电动势。有效值）相等的正弦电动势。电动势的参考方向选定为从绕电动势的参考方向选定为从绕组的末端指向始端。组的末端指向始端。当N极的轴线正转到A处时，A相的电动势达到正的幅值；经过120后，N极轴线转到B处，B相的电动势达到正的幅值；同理，再由此经过120后，C相的电动势达到正的幅值，其波形如图3-2（a）所示。所以，比在相位上超前120，比在相位上超前120，比在相位上又超前120。如果以A相为参考
5、，则可得出 将将三三相相电电源源的的尾尾端端X、Y、Z连连在在一一起起，首首端端A、B、C引引出出作作输输出出线线，这这种种连连接接称称为为三三相相电电源源的的星星形形连连接接，也也称称Y形形连连接接，常常用用“Y”标标记记，如如图图3-3（a）所示。）所示。 6.1.2三相绕组的连接三相交流发电机所发出的三相电必须采取适当的连接方法才能发挥三相交流电的功效，于三相交流发电机所发出的三相电必须采取适当的连接方法才能发挥三相交流电的功效，于是三相发电机的绕组有星形连接和三角形连接是三相发电机的绕组有星形连接和三角形连接2种连接方法。目前大型发电机通常采用星形种连接方法。目前大型发电机通常采用星形
6、连接连接1.星形连接星形连接 从首端从首端A、B、C引出的输电线叫做端线或相线，俗称引出的输电线叫做端线或相线，俗称火线。有时为了简便，常常只画出火线。有时为了简便，常常只画出4根输电线表示相序，根输电线表示相序，如图如图3-3（b）所示。）所示。三相四线制可输送三相四线制可输送2 2种电压，一种是相线与中线之间的电压，种电压，一种是相线与中线之间的电压，称为相电压，称为相电压，另一种是相线与相线之间的电压，称为线电压另一种是相线与相线之间的电压，称为线电压规定线电压的方向是由规定线电压的方向是由A A线指向线指向B B线，线，B B线指向线指向C C线，线，C C线指向线指向A A线。线。用
7、相量形式表示为 将将对对称称三三相相电电源源中中的的3 3个个绕绕组组按按相相序序依依次次连连接接，由由3 3个个连连接接点点引引出出3 3条条端端线线，这这样样的的连连接接方方式式称称为为三三角角形形连连接接，常常用用“”“”标记。三角形连接是三相三线制供电。标记。三角形连接是三相三线制供电。 2三角形连接三相电源作三角形连接时，线电压等于相电压，即 或 三相负载的星形联接是指把三相负载的一端连接在一起，它常三相负载的星形联接是指把三相负载的一端连接在一起，它常与三相电源的中线联接；把三相负载的另一端分别与三相电源与三相电源的中线联接；把三相负载的另一端分别与三相电源的三根相线联接。的三根相
8、线联接。6.2三相负载 接在三相电源上的负载统称为三相负载。通常把各相负载相同的三相负接在三相电源上的负载统称为三相负载。通常把各相负载相同的三相负载叫做对称三相负载，如三相电动机和大功率三相电炉等。如果各相负载叫做对称三相负载，如三相电动机和大功率三相电炉等。如果各相负载不同，就叫不对称三相负载，如照明电路中的负载。载不同，就叫不对称三相负载，如照明电路中的负载。6.2.1三相负载的星形连接三相负载的星形连接 在三相四线制电路中，每相负载两端的电压叫做在三相四线制电路中，每相负载两端的电压叫做负载的相电压负载的相电压，用用 表示，其正方向规定为由相线指向负载的中性点，即相线表示，其正方向规定
9、为由相线指向负载的中性点，即相线指向中线。指向中线。 若忽略输电线电阻上的电压降，由图可以看出，负载的相电压等若忽略输电线电阻上的电压降，由图可以看出，负载的相电压等于电源的相电压，则电源的线电压等于负载相电压的于电源的相电压，则电源的线电压等于负载相电压的 倍，即倍，即负载的相电压负载的相电压 在三相电路中，流过每相负载的电流叫在三相电路中，流过每相负载的电流叫相电流相电流，正方向与相，正方向与相电压方向相同；流过每根相线的电流叫电压方向相同；流过每根相线的电流叫线电流线电流，正方向规定由电源，正方向规定由电源流向负载，工程上通称的三相电流，若无特别说明，都是指线电流流向负载，工程上通称的三
10、相电流，若无特别说明，都是指线电流的有效值；流过中线的电流称为的有效值；流过中线的电流称为中线电流中线电流，正方向规定为由负载中，正方向规定为由负载中点流向电源中点，如下图所示。点流向电源中点，如下图所示。相电流、线电流、中线电流相电流、线电流、中线电流 三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的联接方三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间的联接方式，称为三相负载的三角形联接，如下图所示。式，称为三相负载的三角形联接，如下图所示。 三相负载作三角形联接时，不论负载是否对称，三相负载作三角形联接时，不论负载是否对称，各各相负载所承受的相电压就是对称的电源线电压相负载所承受的相电压就是对称的电源
11、线电压，即，即 6.2.2 三相负载的三角形联接6.3 对称三相电路的分析6.3.1 对称三相四线制电路上图是一对称三相四线制电路 输电线阻抗 中线阻抗 中性点 对于这类电路，一般用节点电压法进行分析，以中性点为参考节点对于这类电路，一般用节点电压法进行分析，以中性点为参考节点 也称对称也称对称Y-Y系统系统 根据节点电压法，有根据节点电压法，有 因为因为所以相电流相电流 计算时，只需计算一相，推出另外两相即可计算时，只需计算一相，推出另外两相即可三相电源对称，三相负载对称，相电流、相电压也对称三相电源对称，三相负载对称，相电流、相电压也对称 相电压相电压 中线如同开路，中线可以移去。中线如同
12、开路，中线可以移去。 其它连接方式的对称三相电路，可以根据星形和三角形的等效互其它连接方式的对称三相电路，可以根据星形和三角形的等效互换，化成换，化成Y-YY-Y三相电路，然后使用归结为一相的计算方法。三相电路，然后使用归结为一相的计算方法。6.3.3 对称形连接负载与对称三相电源组成的三相电路不管三相电源是不管三相电源是Y Y形连接还是形连接还是形连接，只需知道线电压就行了形连接，只需知道线电压就行了 负载三个负载三个相电流相电流分别为分别为 对称对称形形连接电路连接电路线电流线电流 若负载对称，电源对称，则三个相电流、三个线电流若负载对称，电源对称，则三个相电流、三个线电流 也对称也对称
13、6.4 6.4 不对称三相电路的分析不对称三相电路的分析第一，三相电源的大小或角度不相等而使相位有差异；第一，三相电源的大小或角度不相等而使相位有差异；第二，负载阻抗不相等。第二，负载阻抗不相等。 不对称三相电路主要有两种可能情况不对称三相电路主要有两种可能情况：在实际电力系统中，三相电源一般都是对称的，而三相在实际电力系统中，三相电源一般都是对称的，而三相负载的不对称是主要的、经常的。例如各相负载分配不负载的不对称是主要的、经常的。例如各相负载分配不均匀、电路系统发生不对称故障（如短路或断线）等都均匀、电路系统发生不对称故障（如短路或断线）等都将引起不对称。下面将主要研究三相电源对称而三相负
14、将引起不对称。下面将主要研究三相电源对称而三相负载不对称的三相电路。载不对称的三相电路。 电路中，开关S断开（不连中性线）时由于、不相等，就构成了不对称的电路。该电路的节点电压方程为由于负载中性点与电源中性点之间的电压不等于零，此时的Y-Y不对称电路的电压相等关系如图所示。从电压向量图可以看出，中性点不重合，这种现象称为中性点位移。在电源对称的情况下，可以根据中性点位移的情况判断负载的不对称程度。当中性点位移较大时，会造成负载端的电压严重不对称，从而可能使负载的工作不正常；另一方面，如果负载变换时由于各相的工作相互关联，因此，彼此都相互影响。电路特点是：电路特点是： 三相负载端电压是对称的，它
15、们的有效值是相等的；三相负载端电压是对称的，它们的有效值是相等的； 由于，三相电流是不对称的，中性线电流不等于零。由于，三相电流是不对称的，中性线电流不等于零。因此，在给居民生活用电进行输送时，为了确保用电安全因此，在给居民生活用电进行输送时，为了确保用电安全均采用均采用Y-YY-Y联接方式，为了减小或消除负载中性点偏移，联接方式，为了减小或消除负载中性点偏移，中性线选用电阻低、机械强度的导线，并且中性线上不允中性线选用电阻低、机械强度的导线，并且中性线上不允许安装保险丝和开关许安装保险丝和开关 6.5 三相电路的功率在三相交流电路中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗功率之和，即在对称三相电
16、路中，各相电压、相电流的有效值相等，功率因数也相等 在实际工作中，测量线电流比测量相电流要方便些（指形连接的负载），因此，三相功率的计算式通常用线电流和线电压来表示。当三相负载作星形联接时有当三相负载作星形联接时有故故当三相负载作三角形联接时有当三相负载作三角形联接时有所以所以因此三相负载不论作星形还是三角形联接，总有功功率公式可以统一写成因此三相负载不论作星形还是三角形联接，总有功功率公式可以统一写成同理可得三相对称负载的同理可得三相对称负载的无功功率和视在功率无功功率和视在功率的计算公式为的计算公式为三相对称电路中三相对称电路中有功功率有功功率P、无功功率、无功功率Q和视在功率和视在功率S三者之间的关系三者之间的关系为为如下图所示。如下图所示。三相对称电路有功功三相对称电路有功功率、无功率、无功功率和视在功率的关功率和视在功率的关系系
