第5章三相交流電路

1、學習目標與要求：學習目標與要求： (1) (1) 了解三相交流電的產(chǎn)生，理解對稱三相電源的特點；了解三相交流電的產(chǎn)生，理解對稱三相電源的特點； (2) (2) 掌握三相電源、三相負載的星形和三角形聯(lián)結方法及相電壓、掌握三相電源、三相負載的星形和三角形聯(lián)結方法及相電壓、 相電流、線電壓、線電流的關系，了解中性線的作用；相電流、線電壓、線電流的關系，了解中性線的作用； (3) (3) 熟悉三相對稱電路的計算特點；熟悉三相對稱電路的計算特點； (4) (4) 熟悉幾種典型三相不對稱電路的計算；熟悉幾種典型三相不對稱電路的計算； (5) (5) 掌握對稱三相電路功率的計算方法。掌握對稱三相電路功率的計

2、算方法。51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載5 51 11 1 三相交流電的產(chǎn)生三相交流電的產(chǎn)生案例案例5 51 1 電能可以由水能（水力發(fā)電）、熱能（火力發(fā)電）、核能（核能發(fā)電）、化學能（電池）、太陽能（太陽能電站）等轉換而得。而各種電站、發(fā)電廠，其能量的轉換由三相發(fā)電機來完成。如：三峽電站，三相水輪發(fā)電機將水能轉換為電能；火電站，三相氣輪發(fā)電機將燃燒煤炭產(chǎn)生的熱能轉換為電能。三相交流電是如何產(chǎn)生？有何特點？51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載演示51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 磁極放

3、在轉子上，當轉子由原動機拖動磁極放在轉子上，當轉子由原動機拖動作勻速轉動時，三相定子繞組即切割轉子磁作勻速轉動時，三相定子繞組即切割轉子磁場而感應出各相差場而感應出各相差120120電角度的三相交流電角度的三相交流電動勢。電動勢。)240sin()120sin(sinmmVmUtEetEetEeW51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 三相交流電動勢在任一瞬間其三個電動勢的代數(shù)和為零。即0WVUeee0WVUEEE三相正弦交流電動勢的相量和也等于零，即我們把它們稱做三相對稱電動勢，規(guī)定每相電動勢的正方向是從線圈的末端指向首端(或由低電位指向高電位)。EWEUEV1201200 012012

4、00 01201200 051 三相電源與三相負載三相電源與三相負載5 51 12 2三相電源與負載的連接三相電源與負載的連接 51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載單相負載示例單相負載示例電爐電視機白熾燈三相負載示例三相負載示例51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點中性線相線51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點中性線相線51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UEUUVUWUU

5、WUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點中性線相線51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU中點中性線相線51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UEUUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVUUEWUUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載UWWUWVVWVUUVUUUUUUUUU則：

6、UUUV330cos2UUUVVW3UUWWU3UU結論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的結論：三相電路中線電壓的大小是相電壓的 倍倍，3PL3UUUVUVUUUVWUWUVUUUWUWUU 平常我們講的電源電壓為220V，即是指相電壓；講電源電壓為380V，即是指線電壓。由此可見：三相四線制的供電方式可以給負載提供兩種電壓，即線電壓380V和相電壓220V，因而在實際中獲得了廣泛的應用。 UUVUWUUWUVWUW1V1U2V2W2NU1UNVWVEWEUVU51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 三相電源的三角形聯(lián)結三相電源的三角形聯(lián)結電源三角

7、形聯(lián)結的相量圖電源三角形聯(lián)結的相量圖51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載PLUUWUWVWVUVUUUUUUU0WUVWUVUUU0WUVWUVEEE 因此當電源的三相繞組采用三角形聯(lián)結時在繞組內(nèi)部是不會產(chǎn)生環(huán)路電流（環(huán)流）的。 51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載如果：如果：不慎將某一相繞組接反不慎將某一相繞組接反，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載如果：如果：不慎將某一相繞組接反不慎將某一相繞組接反，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？UUVUVWUWUUVWUUV+UWUUVWUUV=2+UWU51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 5

8、1 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 線電壓線電壓U UL L：三相負載的線電壓就是電源的線電壓，也就是兩根相線之間 的電壓； 相電壓相電壓U UP P：每相負載兩端的電壓稱作負載的相電壓，在忽略輸電線上的電壓降時，負載的相電壓就等于電源的相電壓，因此 ；PL3UU 線電流線電流IL： 流過每根相線上的電流叫線電流； 相電流相電流IP： 流過每相負載的電流叫相電流； 中線電流中線電流IN：流過中線的電流叫中線電流。 三相電路各相電流與電壓間的相位關系及數(shù)量關系都可用討論單相電路的方法來討論。51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 若三相負載對稱， 則在三相對稱電壓的作用下，流過三相對稱

9、負載中每相負載的電流應相等，即PPWVULZUIIII而每相電流間的相位差仍為120，中線電流為零。51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載中線電流對應的相量式為0WVUNIIII51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 三相四線制除供電給三相負載外，三相四線制除供電給三相負載外，還可供電給單相負載，一般低壓用電場還可供電給單相負載，一般低壓用電場所，大多采用三相四線制。所，大多采用三相四線制。三相三線制三相三線制三相四線制三相四線制51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載（3）三相四線制的特點是：相電流IP等于線電流IL，即LPII加在負載上的相電壓UP和線電壓UL之間關系PL3UUW

10、VUNIIII流過中性線N的電流 為NI 若三相負載不對稱，則中性線電流不為零，中性線不若三相負載不對稱，則中性線電流不為零，中性線不能省略，并且在中性線上不能安裝開關、熔斷器，而且中能省略，并且在中性線上不能安裝開關、熔斷器，而且中性線本身強度要好，接頭處應連接牢固。為什么？性線本身強度要好，接頭處應連接牢固。為什么？ 4三相負載的三角形聯(lián)結51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載（1 1）接線特點）接線特點 將三相負載分別接在三相電源的每兩根相線之間。（2 2）電壓、電流關系）電壓、電流關系負載的相電壓就是線電壓。51 三相電源與三相負載三相電源與三相負載 三相電源及負載均對稱，則三相電

11、流大小均相等，為:PPWUVWUVPZUIIII 三個相電流在相位上互差120度，線電流分別為：VWWUWUVVWVWUUVUIIIIIIIII 當三相對稱負載采用三角形聯(lián)結時，線電流等于相電流的 倍。即: PL3II351 三相電源與三相負載三相電源與三相負載三相對稱負載三角形聯(lián)結的電流、電壓關系為： 1 1）線電壓）線電壓UL與相電壓與相電壓UP相等，即相等，即PLUU2 2）線電流）線電流IL是相電流是相電流IP的的 倍，即倍，即3PL3II 在三相三線制電路中，不論負載的接法如何，以及負載是在三相三線制電路中，不論負載的接法如何，以及負載是否對稱，三相電路中的三個線電流的瞬時值之和或三

12、個線電流否對稱，三相電路中的三個線電流的瞬時值之和或三個線電流的相量和總是等于零，即的相量和總是等于零，即0WVUiii0WVUIII1 1Y0/ /Y0三相系統(tǒng)三相系統(tǒng) 三相四線制的三相電路，圖中為輸電線的復阻抗，為中性線復阻抗，為三相對稱負載。Y0/Y0Y0/Y0三相系統(tǒng)的三相系統(tǒng)的 80R 60X 4NR 3NXVsin2220UtuU相電流（Y接：相電流等于線電流）的有效值A2 . 2A60802202222UUXRUI解：解： 滯后于 的相位角等于負載的阻抗角，即UiUu87.368060arctanarctanURX所以，U相電流（即線電流）為)A87.36sin(22 . 2Ut

13、i)A87.156sin(22.2A)12087.36sin(22 . 2Vtti)A13.83sin(22.2A)12087.156sin(22 . 2Wtti根據(jù)對稱性，可以寫出另外兩相電流2 2Y/ /三相系統(tǒng)三相系統(tǒng) 根據(jù)對稱星形聯(lián)結的三相電路的線電壓與相電壓的關系，可求得電源線電壓的有效值： PWUVWUV3UUUU 由于負載線電壓（即負載相電壓）等于電源線電壓，可得，負載相電流的有效值22P22UVWUVWUV3XRUXRUIII線電流的有效值22PUVWVU33XRUIIIIRXarctanWUVWUV負載的阻抗角線電流和相電流的解析式)sin(2)sin(2)sin(2wuWW

14、vwVVUVUUtIitIitIiV)30sin(2220Utu64.34R 20X電源相電壓的有效值V220PU負載相電流的有效值 A5 . 9A2064.3438032222PPXRUI線電流的有效值16.45AA5 . 933PL II負載的相電壓與相電流之間的相位差3064.3420arctanarctanRX380VV22033PLUU電源線電壓（即負載的相電壓）有效值 解：解：VUUVuVUUViUVuUVuUuVUA)30sin(29.5A)303030sin(25 . 9UVtti根據(jù)對稱性，其他兩相負載電流分別為A)90sin(29.5A)12030sin(25 . 9VWt

15、tiA)150sin(29.5A)12030sin(25 . 9WUtti三個線電流分別為A sin245.16UtiA)120sin(245.16WtiA)120sin(216.45Vti1 1低壓供電系統(tǒng)中的三相不對稱電路低壓供電系統(tǒng)中的三相不對稱電路 在中性線及線路阻抗為零的三相四線制電路中，當三相電源電壓對稱三相電源電壓對稱時，即使三相負載不對稱三相負載不對稱，三相負載上的電壓三相負載上的電壓依然是對稱對稱的，但由于三相負載阻抗不等，所以三相電流三相電流將是不對稱不對稱的，三相電流分別為UUUUUZUZUIVVVVVZUZUIWWWWWZUZUI中性線電流為0WVUNiiii 在不對稱

16、的三相四線制電路中，中性線電流一般不等于零。這在不對稱的三相四線制電路中，中性線電流一般不等于零。這表明中性線具有傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流或單相電流的作用。表明中性線具有傳導三相系統(tǒng)中的不平衡電流或單相電流的作用。 2 2一相負載短路的三相不對稱電路一相負載短路的三相不對稱電路（1 1）對稱三角形負載中一相短路）對稱三角形負載中一相短路 若不計線路阻抗，則短路相的電壓等于電源線電壓，短路相的阻抗等于零。 03PUVUI為無窮大 此時與短路相負載相連的兩條端線上將出現(xiàn)很大的短路電流很大的短路電流-必須在線路上裝設必須在線路上裝設熔斷器或過流保護裝置熔斷器或過流保護裝置（2 2）對稱的）對稱的Y

17、/ /Y聯(lián)結電路中一相負載短路聯(lián)結電路中一相負載短路 此時U相負載電壓為零，負載中性點與電源中性點之間的電壓等于U相電源的電壓，即0UUPUNNUUU V、W兩相負載的電壓分別為PUVV3UUUPWUW3UUUZ3PUVVUZUIZ3ZPWUWUUIWVUiiiZ3PUUI3（2 2）對稱）對稱Y/ /Y接電路中一相斷路接電路中一相斷路0Ui 3 3一相負載斷路的三相不對稱電路一相負載斷路的三相不對稱電路0UV IZUIVWVWZWUWUUIWUUIIVWVIIWUW3II3PUNN2121UUUPUU2323UUUZ2321PVWVUZUIZ2321PVWWUZUIPVWV2321UUUPV

18、WW2321UUUVVNNuuu NNuuu UU23234 4對稱三角形負載中一條端線斷路對稱三角形負載中一條端線斷路 LVWUV2121UUULVWVWUUULVW2121UUUWUZUZUZUILVWWUUV2121ZUZUILVWVW0U IZUZUIILVWWV2323與斷路端線相連的兩相負載的電流和電壓均減少為原來的與斷路端線相連的兩相負載的電流和電壓均減少為原來的 ，另一相，另一相負載的電壓和電流保持不變負載的電壓和電流保持不變；斷路的端線電流為零，另外兩條端線的電流減少為原線電流的斷路的端線電流為零，另外兩條端線的電流減少為原線電流的 倍。倍。 2123V)30sin(2220

19、Utu64.34R 20XUuZZZVuWuUiWiViVW iUV iWU iUVuWUuVWuWVVWUU（1） 相負載斷路，負載的線電壓仍等于相應的電源線電壓， 相負載電流為零，即VUVULLUU0UV I其他兩相的電流為9.5AA2064.34380Z22VWVWUI9.5AA2064.34380Z22WUWUUI根據(jù)基爾霍夫電流定律，求得線電流A5 . 9WUU IIA5 . 9VWV II16.45AA5 . 933WUWII（2）相端線斷路后，三相負載的相電壓為190VV380212121LVWUVUUUV380LVWVWUUU190VV380212121LVWWUUUU負載相電

20、流和線電流4.75AA2064.3438021Z21Z21Z22LVWWUUVUUUI9.5AA2064.34380ZZ22LVWVWUUI0U I14.25AA2064.3438023Z23Z2322LVWWVUUII80R 60XV380（1）U相負載短路后，U點與N點等電位，有0UU220VV3380PUNNUUUV、W兩相負載的電壓分別為 V3803PWUWUUU380VV22033PUVVUUUV、W兩相負載的相電流（也是線電流）3.8AA6080380Z3Z22PUVVUUI3.8AA6080380Z322PWUWUZUIU相的線電流有效值為6.6AA60802203Z322PUU

21、I2）相負載斷路后，U相電流，這時V、W兩相電源與V、W兩相負載串聯(lián)，形成獨立的閉合回路。此時，V、W兩相負載電壓為190VV220232321PVWVUUUV1902321PVWWUUU330VV220232323PUUUUUU相負載斷路后,V、W相負載的相電流（即線電流）為0UIA9 . 1A60802202323Z2122VWVZUUIPA9 . 1Z2321PVWWUZUI5 54 4 三相電路的功率三相電路的功率 三相交流電路中，三相負載消耗的總電功率為各相負載消耗功率之和，即33P3P22P2P11PP1321coscoscosIUIUIUPPPP 當三相電路對稱時，三相交流電路的功率等于三倍的單相功率，即cos33PPPIUPPcos3LLIUP 必須注意， 是相電壓與相電流之間的相位差，