三相交流電路-教學(xué)課件

三相交流電路-教學(xué)課件第一頁(yè)，共59頁(yè)。三相制供電比單相制供電優(yōu)越

在發(fā)電方面：三相交流發(fā)電機(jī)比相同尺寸的單相交流發(fā)電機(jī)容量大。

在輸電方面：如果以相同電壓將相同大小的功率輸送到相同距離，三相輸電線比單相輸電線節(jié)省材料。

在用電設(shè)備方面：三相交流電動(dòng)機(jī)比單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行特性好等等。因而三相制是目前世界各國(guó)的主要供電方式。第二頁(yè)，共59頁(yè)。1.三相交流發(fā)電機(jī)主要組成部分：電樞（是固定的，亦稱定子）：定子鐵心內(nèi)圓周表面有槽，放入三相電樞繞組。磁極三相繞組n單相繞組（是轉(zhuǎn)動(dòng)的，亦稱轉(zhuǎn)子）三相繞組的三相電動(dòng)勢(shì)幅值相等,頻率相同,彼此之間相位相差120°。+++–+SN鐵心繞組AX任務(wù)1三相電源與三相負(fù)載–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN活動(dòng)1：三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生第三頁(yè)，共59頁(yè)。t0三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生eAeBeCXAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+??+?+XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+??+?+XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+??+?+XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+??+?+XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+?++??XAYCBZSN+??+?+U相V相W相+-AXuA+-BYuB+-CZuCXAYCBZSN+?++??第四頁(yè)，共59頁(yè)。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)的原因,這三相繞組所發(fā)出的三相電動(dòng)勢(shì)幅值相等,頻率相同,彼此之間相位相差120°?？蓪⑵浔硎緸椋?.相量形式第五頁(yè)，共59頁(yè)。3.對(duì)稱正弦量

幅值相等,頻率相同,相位互相差120°的正弦量。對(duì)稱正弦量特點(diǎn)為：120°UA?UC?UB?120°120°三相電壓相量圖第六頁(yè)，共59頁(yè)。4.正弦量的相序三相交流電在相位上的先后次序稱為相序。

上述的三相電源的相序?yàn)锳→B→C。在電力系統(tǒng)中一般用黃、綠、紅區(qū)別A、B、C三相。Um–Umt02uAuCuB順序：相序?yàn)锳→B→C

。逆序：相序?yàn)锳→C→

B

。三相發(fā)電機(jī)中各繞組電動(dòng)勢(shì)到達(dá)幅值（或零值）的先后次序。第七頁(yè)，共59頁(yè)?；顒?dòng)2三相電源的聯(lián)接1.星形聯(lián)接N中點(diǎn)或零點(diǎn)N把發(fā)電機(jī)三相繞組的末端接成一點(diǎn)。而把始端作為與外電路相聯(lián)接的端點(diǎn)。這種聯(lián)接方式稱為電源的星形聯(lián)結(jié)?；鹁€中線或零線火線火線線電壓相電壓目前，我國(guó)供電系統(tǒng)線電壓380V，相電壓220V。

三相四線制第八頁(yè)，共59頁(yè)。N中點(diǎn)或零點(diǎn)N火線中線或零線火線火線線電壓相電壓根據(jù)KVL：第九頁(yè)，共59頁(yè)。各線電壓與相電壓之間的關(guān)系為:三相電源各電壓間的相量關(guān)系UA?UC?UB?30o30o30o

線電壓的有效值用表示,相電壓的有效值用Up表示。由相量圖可知它們的關(guān)系為:第十頁(yè)，共59頁(yè)。2.

Δ形聯(lián)結(jié)發(fā)電機(jī)三相繞組依次首尾相聯(lián)，引出三條線，稱為三角形聯(lián)結(jié)。第十一頁(yè)，共59頁(yè)。如果三相電源電動(dòng)勢(shì)對(duì)稱，則三相電壓的相量和為零，即：如果將某一相繞組接反，三角形回路中的總電壓為：對(duì)稱第十二頁(yè)，共59頁(yè)。交流電路中的用電設(shè)備，大體可分為兩類：

一類是需要接在三相電源上才能正常工作的叫做三相負(fù)載,如果每相負(fù)載的阻抗值和阻抗角完全相等，則為對(duì)稱負(fù)載，如三相電動(dòng)機(jī)。

另一類是只需接單相電源的負(fù)載，它們可以按照需要接在三相電源的任意一相相電壓或線電壓上。對(duì)于電源來(lái)說(shuō)它們也組成三相負(fù)載，但各相的復(fù)阻抗一般不相等，所以不是三相對(duì)稱負(fù)載。如照明燈?；顒?dòng)3三相負(fù)載的聯(lián)接第十三頁(yè)，共59頁(yè)。1.Y形聯(lián)結(jié)iBiCiNiAN負(fù)載中電流:(略線路阻抗)中性線中的電流為:若負(fù)載對(duì)稱，即UA?UC?UB?IC?IA?IB?對(duì)稱負(fù)載相量圖對(duì)稱負(fù)載可以去掉中線。三相交流電動(dòng)機(jī)N第十四頁(yè)，共59頁(yè)。如果三相負(fù)載對(duì)稱,中線中無(wú)電流,故可將中線除去,而成為三相三線制系統(tǒng)。

但是如果三相負(fù)載不對(duì)稱,中線上就會(huì)有電流IN通過(guò),此時(shí)中線是不能被除去的,否則會(huì)造成負(fù)載上三相電壓嚴(yán)重不對(duì)稱,使用電設(shè)備不能正常工作。第十五頁(yè)，共59頁(yè)。三相電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載對(duì)稱，各相電壓和電流也都對(duì)稱。只要某一相電壓、電流求得，其他兩相就可以根據(jù)對(duì)稱關(guān)系直接寫出；各相電流僅由各相電壓和各相阻抗決定。各相計(jì)算具有獨(dú)立性。三相對(duì)稱電路計(jì)算可歸結(jié)為一相來(lái)計(jì)算?！纠?-1】星形聯(lián)接的三相負(fù)載，每相電阻R=6Ω，感抗XL=8Ω。電源電壓對(duì)稱，設(shè)，試求電流。解:因?yàn)樨?fù)載對(duì)稱，計(jì)算一相即可，現(xiàn)以U相為例。第十六頁(yè)，共59頁(yè)。在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部稱為電阻，虛部稱為電抗，其中電容在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為容抗,電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。阻抗的單位是歐。負(fù)載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復(fù)物，復(fù)合后統(tǒng)稱“阻抗”，寫成數(shù)學(xué)公式即是：阻抗Z=R+j(XL–XC)。其中R為電阻，XL為感抗，XC為容抗。如果(XL–XC)>0，稱為“感性負(fù)載”；反之，如果(XL–XC)<0稱為“容性負(fù)載”。第十七頁(yè)，共59頁(yè)。所謂諧振，按電路理論，它是正弦電壓加在理想的(無(wú)寄生電阻)電感或電容串聯(lián)電路上。當(dāng)正弦頻率為某一值時(shí)，容抗與感抗相等，電路的阻抗為零，電路電流達(dá)到無(wú)窮大；如果正弦電壓加在電感和電容并聯(lián)電路上，當(dāng)正弦電壓頻率為某一值時(shí)，電路的總導(dǎo)納(導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù))為零,電感、電容元件上電壓為無(wú)窮大。前者稱為串聯(lián)諧振，后者稱為并聯(lián)諧振。第十八頁(yè)，共59頁(yè)。【例1-2

】在如圖（a）所示的三相四線制電路中,外加電壓UL=380V,試求各相負(fù)載電流及中線電流。·解:相電壓選為參考相量,則:(a)ANCN′BUC·IAUB·R1＝4ΩjXL＝j(luò)3ΩR3＝6Ω－jXC＝－j8ΩIC·IB·R2＝5ΩIN·電路圖UA·第十九頁(yè)，共59頁(yè)。中線電流為中線的作用:

中線在三相電路中的作用是既能為用戶提供兩種不同的電壓,同時(shí)又為星形聯(lián)接的不對(duì)稱負(fù)載提供對(duì)稱的220V相電壓。因此,為了保證負(fù)載的相電壓對(duì)稱,

在中線的干線上是不準(zhǔn)接入熔斷器和開(kāi)關(guān)的,而且要用具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)線作中線。IC·IB·IN·IA·UB·IB·IC·UC·UA·36.9°97.1°53.1°(b)相量圖第二十頁(yè)，共59頁(yè)?；顒?dòng)4.負(fù)載的三角形聯(lián)接（△形）若忽略端線阻抗（ZL=0）,則電路具有以下關(guān)系。iCABCiBiAiCAiBCiAB–

+uAB–

+uBC–

+uCA(2)負(fù)載線、相電流之間的關(guān)系線、相電壓對(duì)應(yīng)相等(1)負(fù)載線、相電壓之間的關(guān)系各相負(fù)載相電流分別為各相負(fù)載的電壓與電流相位差分別為第二十一頁(yè)，共59頁(yè)。(2)負(fù)載線、相電流之間的關(guān)系根據(jù)KCL，負(fù)載線、相電流之間的關(guān)系為若負(fù)載對(duì)稱，即和則負(fù)載相電流也是對(duì)稱的，即IA?IB?IC?ICA?IAB?IBC?顯然三個(gè)線電流也對(duì)稱，若有效值用Il表示，則有IA=IB=IC=Il，且；相位上，線電流滯后相應(yīng)的相電流30o。

UAB?UCA?UBC?iCABCiBiCAiBCiAB–

+uAB–

+uBC–

+uCA第二十二頁(yè)，共59頁(yè)。

(3)各線電流由兩相鄰相電流決定。在對(duì)稱條件下,線電流是相電流的倍,即,且滯后于相應(yīng)的相電流30°。

由上述可知,在負(fù)載為三角形聯(lián)接時(shí),相電壓對(duì)稱。若某一相負(fù)載斷開(kāi),并不影響其他兩相的工作。相量圖第二十三頁(yè)，共59頁(yè)。

【例1-3

】如圖所示的三相三線制電路中,各相負(fù)載的復(fù)阻抗Z=(6+j8)Ω,外加線電壓380V,試求正常工作時(shí)負(fù)載的相電流和線電流。iBiCiA式中,每相阻抗為：則線電流為：解：由于是對(duì)稱電路,所以每相相電流為：第二十四頁(yè)，共59頁(yè)。【例1-4

】在圖示的電路中，設(shè)三相對(duì)稱電源線電壓為380V，三角形聯(lián)接的對(duì)稱負(fù)載每相阻抗Z=4+j3Ω，試求各相電流與線電流，并作相量圖。解:設(shè)各線電流：U相電流：其余兩相電流：第二十五頁(yè)，共59頁(yè)。

不對(duì)稱三相電路計(jì)算不對(duì)稱三相電路：三相電源不對(duì)稱或各相負(fù)載阻抗不相等時(shí)，電路中的各相電流是不對(duì)稱的。三相電源的不對(duì)稱程度很小，可近似地當(dāng)作對(duì)稱來(lái)處理。

【例1-5

】電路如圖，若不對(duì)稱Ｙ形負(fù)載接于對(duì)稱三相電源上，電源相電壓為220V，U相接一只220V、100W燈泡，V相、W相各接入一只220、200W燈泡，中線阻抗不計(jì)，求各相電流和中線電流。解中線阻抗不計(jì)，各相電壓對(duì)稱，三相可以分別計(jì)算。

第二十六頁(yè)，共59頁(yè)。三相負(fù)載的聯(lián)接原則應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無(wú)關(guān)。三相電動(dòng)機(jī)繞組可以聯(lián)結(jié)成星形，也可以聯(lián)結(jié)成三角形，而照明負(fù)載一般都聯(lián)結(jié)成星形(具有中性線)。第二十七頁(yè)，共59頁(yè)。N+++–––L1L2L3Z31Z12Z23負(fù)載的額定電壓=電源的線電壓應(yīng)作聯(lián)結(jié)第二十八頁(yè)，共59頁(yè)。N+++–––NR1R2R3L1L2L3應(yīng)作Y聯(lián)結(jié)負(fù)載的額定電壓=電源的相電壓第二十九頁(yè)，共59頁(yè)。ABCN電燈等單相負(fù)載為三相四線制電動(dòng)機(jī)負(fù)載為三相三線制兩者皆為星形聯(lián)接電動(dòng)機(jī)和家用電器在使用時(shí)的供電線路及負(fù)載連接形式.第三十頁(yè)，共59頁(yè)。三相負(fù)載采用何種聯(lián)接方式由負(fù)載的額定電壓決定。當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源線電壓時(shí)采用三角形聯(lián)接；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源相電壓時(shí)采用星形聯(lián)接。注意三相四線制三角形聯(lián)接星形聯(lián)接NABCZ3Z2Z1M3~第三十一頁(yè)，共59頁(yè)。負(fù)載對(duì)稱時(shí)：任務(wù)2三相電路的功率三相總有功功率：

由負(fù)載性質(zhì)決定星形接法時(shí)：三角形接法時(shí)：第三十二頁(yè)，共59頁(yè)。三相電路的功率有功功率：無(wú)功功率：視在功率：在三相負(fù)載對(duì)稱的條件下：第三十三頁(yè)，共59頁(yè)?！纠?-6

】對(duì)稱三相電源線電壓380V，Ｙ形對(duì)稱負(fù)載每相阻抗Z=12+j16Ω，試求各相電流和線電流。如將負(fù)載改為△形對(duì)稱接法，求各相電流和線電流，分別計(jì)算Ｙ形、△形接法時(shí)的三相總功率。

解:由Ｙ形接法可知，相電壓為線電壓的取U相為參考相：則線電壓：各相電流：對(duì)稱關(guān)系：Ｙ形接法，三相功率：第三十四頁(yè)，共59頁(yè)。△形接法時(shí)，相電流：線電流：三相功率：第三十五頁(yè)，共59頁(yè)。燈組，若R1=5,R2=10,R3=20。一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對(duì)稱。設(shè)電源線電壓。負(fù)載為電N+++–––NR1R2R3L1L2L3例1-7：照明系統(tǒng)故障分析第三十六頁(yè)，共59頁(yè)。解:

(1)A相短路1)中性線未斷此時(shí)L1相短路電流很大,將L1相熔斷絲熔斷,試分析下列情況(1)L1相短路:中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓；中性線斷開(kāi)時(shí)，求各相負(fù)載電壓。(2)L1相斷路:中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓；中性線斷開(kāi)時(shí)，求各相負(fù)載電壓。

R1R3R2L1L2NL3N

而L2相和L3相未受影響，其相電壓仍為220V,正常工作。10Ω20Ω10Ω第三十七頁(yè)，共59頁(yè)。

L1L2NL3N′i1i3i2+++–––此情況下，L2相和L3相的電燈組由于承受電壓上所加的電壓都超過(guò)額定電壓(220V)，這是不允許的。2)L1相短路,中性線斷開(kāi)時(shí),此時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)N′即為L(zhǎng)1,因此負(fù)載各相電壓為第三十八頁(yè)，共59頁(yè)。(2)L1相斷路2)中性線斷開(kāi)L2、L3相燈仍承受220V電壓,正常工作。1)中性線未斷變?yōu)閱蜗嚯娐?，如圖(b)所示,由圖可求得iL2L3u′2u′3+––+(b)

R1R3R2L1L2NL3NL1相燈不亮。10Ω20Ω10Ω第三十九頁(yè)，共59頁(yè)。L1N三層二層一層–+L2L3例1-8：

某大樓的系統(tǒng)供電線路圖如下圖所示。某一天，該大樓電燈突然發(fā)生故障，第二層樓和第三層樓所有電燈都突然暗下來(lái)，而第一層樓電燈亮度不變，試問(wèn)這是什么原因？同時(shí)發(fā)現(xiàn)，第三層樓的電燈比第二層樓的電燈還暗些，這又是什么原因？本系統(tǒng)供電線路圖討論第四十頁(yè)，共59頁(yè)。(1)分析得，當(dāng)E處斷開(kāi)時(shí)，二、三層樓的燈串聯(lián)接380V電壓，亮度變暗，一層樓的燈仍承受220V電壓亮度不變。(2)因?yàn)槿龢菬舳嘤诙菬艏碦3R2

,所以三樓燈比二樓燈暗。解：L1N三層二層一層–+L2L3DEFGABC第四十一頁(yè)，共59頁(yè)。三相三線制：線電壓=380VZACB.........一樓二樓三樓220V100W

某三層樓房，若每層裝入照明燈的盞數(shù)及每盞燈的額定功率完全相同。試分析能否采用圖示三相三線制的接線方式供電？N照明系統(tǒng)分析第四十二頁(yè)，共59頁(yè)。三相三線制：線電壓=380V情況1：一樓全部斷開(kāi)，二、三樓全部接通。二、三兩層樓的燈承受的電壓是380V線電壓UBC

。結(jié)果：每盞燈上的電壓為190V，電燈變暗。ZACB.........一層樓二層樓三層樓220V100WNACB第四十三頁(yè)，共59頁(yè)。情況2：一樓的燈全斷，三樓的燈全通，二樓有1/4接通。結(jié)果：二樓燈泡的電壓超過(guò)額定值，燈泡被燒毀。ACBR2R3第四十四頁(yè)，共59頁(yè)。三相交流電路的小結(jié)（1）--三相電源三相三線制三相四線制ACBNACBACB三相電源一般都是對(duì)稱的，而且多用三相四線制接法。第四十五頁(yè)，共59頁(yè)。三相交流電路的小結(jié)(2)--三相負(fù)載星形負(fù)載三角形負(fù)載ACBNZZZACBZZZ第四十六頁(yè)，共59頁(yè)。三相交流電路的小結(jié)(3)--三相電路計(jì)算負(fù)載形接法對(duì)稱負(fù)載下：各相電壓、電流單獨(dú)計(jì)算。負(fù)載不對(duì)稱時(shí)：負(fù)載對(duì)稱時(shí)：電壓對(duì)稱、電流對(duì)稱，只需計(jì)算一相。

三相電路的計(jì)算要特別注意相位問(wèn)題。負(fù)載Y形接法電源對(duì)稱時(shí)：第四十七頁(yè)，共59頁(yè)。三相交流電路的小結(jié)(4)--三相功率計(jì)算三相總功率：負(fù)載對(duì)稱時(shí)：和接法無(wú)關(guān)第四十八頁(yè)，共59頁(yè)。有一三相電動(dòng)機(jī),每相的等效電阻R=29,等效感抗XL=21.8,試求下列兩種情況下電動(dòng)機(jī)的相電流、線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得的結(jié)果：(1)繞組聯(lián)成星形接于Ul=380V的三相電源上;(2)繞組聯(lián)成三角形接于Ul=220V的三相電源上。例1:解:(1)第四十九頁(yè)，共59頁(yè)。(2)比較(1),(2)的結(jié)果:有的電動(dòng)機(jī)有兩種額定電壓,如220/380V。當(dāng)電源電壓為380V時(shí),電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成星形；當(dāng)電源電壓為220V時(shí),電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成三角形。在三角形和星形兩種聯(lián)結(jié)法中,相電壓、相電流以及功率都未改變，僅三角形聯(lián)結(jié)情況下的線電流比星形聯(lián)結(jié)情況下的線電流增大倍。第五十頁(yè)，共59頁(yè)。三相對(duì)稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)，Ul=220V，當(dāng)S1、S2均閉合時(shí)，各電流表讀數(shù)均為17.3A，三相功率

P=4.5kW，試求:

1)每相負(fù)載的電阻和感抗；

2)S1合、S2斷開(kāi)時(shí),各電流表讀數(shù)和有功功率P；

3)S

1斷、S

2閉合時(shí),各電流表讀數(shù)和有功功率P。例2：AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十一頁(yè)，共59頁(yè)。解：(1)由已知條件可求得AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十二頁(yè)，共59頁(yè)。(2)S1閉合、S2斷開(kāi)時(shí)

I1=I3=10AI2

=17.32A流過(guò)電流表L1

、L3的電流變?yōu)橄嚯娏鱅P，流過(guò)電流表L2

的電流仍為線電流Il

。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)S均閉合時(shí)

每相有功功率P=1.5kW

當(dāng)S1合、S2斷時(shí)，Z12、Z23

的相電壓和相電流不變，則P12、P23不變。P=P12+P23

=3kWAZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2第五十三頁(yè)，共59頁(yè)。I2

=0A(3)S1斷開(kāi)、S2閉合時(shí)變?yōu)閱蜗嚯娐穁12Z23