电工技术4章 三相交流电路ppt课件.ppt

第4章 三相交流电路,4.1 三相正弦交流电源,4.2 三相负载的星形连接,4.3 三相负载的三角形连接,4.4 三相负载的功率,本章要求： 1. 搞清对称三相负载Y和 连接时相、线电压、相、线电流关系。 2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正 确连接方法，理解中线的作用。 3. 掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,风力发电站,水力发电站,火力发电站,三相电源,三相交流输电线 （徐东）,黄色表示A相，绿色表示B相，红色表示C相。,三相交流变压器,配电柜,4.1 三相正弦交流电源,在两磁极中间，放一个线圈。,根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向为由U1U2。,合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势。,4.1.1 对称三相交流电动势的产生,三相交流发电机的原理图,定子:铁芯和三绕组线圈（空间位置各差120o）,转子:装有磁极并以 的角速度旋转。,三相交流发电机产生三相电动势,三相绕组,电枢绕组及其电动势,工作原理：动磁生电,三个线圈中产生三个单相电动势。,三相电动势瞬时表示式,相量表示,: 直流励磁的电磁铁,相量图:,波形图:,相量表示:,E2,E1,.,.,120,120,120,三相电动势瞬时表示式:,相量表示:,三相电动势瞬时表示式:,三个正弦交流电动势满足以下特征：,对称三相电动势的瞬时值之和为 0,注：请同学们自己证明。,相量图,相序：三相交流电到达正最大值（或相应零值）的顺序。,顺时针按U-V-W的次序循环的相序称为顺序或正序。按U-W-V的次序循环的相序称为逆序或负序，相序是由发电机转子的旋转方向决定的，通常都采用顺序。三相发电机在并网发电时或用三相电驱动三相交流电动机时，必须考虑相序的问题，否则会引起重大事故，为了防止接线错误，低压配电线路中规定用颜色区分各相： 黄色表示U，绿色表示V 相，红色表示W 相。,2. 三相电源的星形连接,(1) 连接方式,中性线(零线、地线),中性点,端线(相线、火线),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压。,线电压：端线与端线间的电压,(2) 线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,同理,结论：,电源Y形连接时，线电压 ，且超前相应的相电压 ，所以，三相线电压也是对称的。,3. 三相电源的三角形连接,结论：电源D形连接时线电压UL=相电压Up,4.2 三相负载的星形连接,三相负载,不对称三相负载： 不满足 Z1 =Z2 = Z3 如-由单相负载组成的三相负载,1. 三相负载,分类,三相负载的联接 三相负载也有 Y和 两种接法，至于采用哪种方法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。,（1） 电源提供的电压=负载的额定电压；,三相负载连接原则,（2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,2. 负载星形连接的三相电路,(1) 连接形式,N 电源中性点,N负载中性点,电源,负载,线电流：流过端线的电流,相电流：流过每相负载的电流,结论：负载 Y连接时，线电流IL等于相电流Ip。,电源,负载,(2) 负载Y连接三相电路的计算,1)负载端的线电压电源线电压2)负载的相电压电源相电压,3)线电流相电流,Y 连接时：,4)中线电流,负载 Y 连接有中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算。,(3) 对称负载Y 连接三相电路的计算,所以，负载对称时，三相电流也对称。,负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。,因为三相电压对称，若Z1=Z2=Z3= Z,负载对称时,中性线无电流,所以，可省掉中性线。,一星形连接的三相电路，已知三相对称负载,例4-1：,，三相对称电源,。求各线电流 i1、i2、i3。,解：,已知：,L1相（线）电流：,得,线电流瞬时值 i1为,由于三相负载对称，其他两相电流根据对称关系直接写出，,例4-2：,灯，R1=50 , R2=100 , R3=300 ，求：,图示三相四线制供电线路，已知电压,（1）各线电流及中线电流；,，三相负载是额定电压为220V的白炽,（2）若中线N-N断开，求此时各负载电压。,解：,由于电源对称，根据,可直接写出另两相电压,例4-2：,灯，R1=50 , R2=100 , R3=300 ，求：,图示三相四线制供电线路，已知电压,（1）各线电流及中线电流；,，三相负载是额定电压为220V的白炽,（2）若中线N-N断开，求此时各负载电压。,解：,（1）各线电流及中线电流,由于有中线,例4-2：,灯，R1=50 , R2=100 , R3=300 ，求：,图示三相四线制供电线路，已知电压,（1）各线电流及中线电流；,，三相负载是额定电压为220V的白炽,（2）若中线N-N断开，求此时各负载电压。,解：,例4-2：,灯，R1=50 , R2=100 , R3=300 ，求：,图示三相四线制供电线路，已知电压,（1）各线电流及中线电流；,，三相负载是额定电压为220V的白炽,（2）若中线N-N断开，求此时各负载电压。,解：,中线电流为,可见，三相负载不对称，中线电流不为零。,（2）中线断开后，,由节点电压法求解。节点电压为,解：,由KVL得各负载电压为,解：,可见： 1. 不对称三相负载做星形连结且无中性线时, 三相负载的相电压不对称。 2. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。,例：照明系统故障分析,解: (1) L1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，而 L2相和L3相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。,在三相电路中，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。,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,(注意：此处中线作用),结果呢？,结论：,（1）不对称负载Y连接又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相电压对称。 （3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线YO制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。用机械强度较好的钢线作中线。,1. 连接形式,4.3三相负载的三角形连接,线电流: 流过端线的电流,相电流: 流过每相负载的电流,(1) 负载相电压 = 电源线电压,即: UP = UL,一般电源的线电压对称，,2. 分析计算,U12= U23= U31= UL = UP,因此，不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即,(2) 相电流,负载对称时, 相电流对称，即,线电流比相应的相电流滞后30。,线电流由相量图可得,（3）线电流,负载对称时, 线电流对称，即,当相负载的额定电压 = 电源的线电压,当相负载的额定电压 = 电源线电压,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连接成星形，也可以连接成三角形，而照明负载一般都连接成星形（具有中性线）。,对于三相负载：,有一对称三相负载，工作时三角形连接，每相阻抗Z=（35+j26），三相对称电源的线电压为380V，求负载的相电流和线电流的有效值。,例4-3,解：,（提示：先算相电流，再算线电流。）,由于电源和三相负载都是对称，则各相电流值相等。,相电流,线电流,例4-4,线电压UL为380 V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是星形连接的电感性负载，每相阻抗ZY=(3+j4)W ; 另一组是三角形连接的电阻性负载，每相电阻Z =100, 如图所示。试求：Y连接负载的相电压 ；(2) D连接负载的相电流 ；(3) 端线的线电流 。,解：,（1）三相电源对称，设线电压,由题知三相负载对称。,所以，星形Y连接负载的相电压为,（2）三角形连接负载的相电流,由对称性得,（3）端线的线电流（L1）,星形负载线电流为,三角形负载线电流为,由KCL求端线的线电流（L1）,根据对称关系得,有一三相电动机, 每相的等效电阻R = 29, 等效 感抗XL=21.8, 试求下列两种情况下电动机的相电流、线电流以及从电源输入的三相功率，并比较所得的结果： (1) 绕组连接成星形接于UL =380 V的三相电源上; (2) 绕组连接成三角形接于UL=220 V的三相电源上。,例1:,接法一,接法二,每相阻抗,解:,(1)绕组连接成星形（Y）,由于三相负载对称,UL=380 V,（三相负载对称时）,(2)绕组连接成三角形,题示的两种情况下，功率相同。,R = 29,XL=21.8,UL=220 V,（三相负载对称时）,UL=220 V,比较(1), (2)的结果:,实际应用中，有的电动机被设计为两种额定电压, 如 380/220 V，Y/。 当电源电压为380 V时, 电动机的绕组应连接成星形； 当电源电压为220 V时, 电动机的绕组应连接成三角形。,在上述三角形和星形两种连接法中, 各相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形连接情况下的线电流比星形连接情况下的线电流增大 倍。,4.4 三相负载的功率,无论负载为 Y 或连接，每相有功功率都应为,三相负载的有功功率为,当三相负载对称时：P = 3Up Ipcosp,1、有功功率,对称负载 连接时：,所以,对称负载Y连接时：,由于,同理,无论负载为 Y 或连接，每相无功功率都应为,三相负载的无功功率为,当三相负载对称时：Q = 3Up Ipsinp,2、无功功率,三相总无功功率为,当三相负载对称时：,3、视在功率,例4-5,解：,负载Y连接，,三相对称电源线电压为380V，则相电压为220V。,有一对称三相负载Z=(12+j16)W，三相电源线电压为380V。求负载阻抗连接成星形和三角形两种情况下的有功功率、无功功率和视在功率。,由Z=(12+j16)W，阻抗角为,线电流,例4-5,解：,有一对称三相负载Z=(12+j16)W，三相电源线电压为380V。求负载阻抗连接成星形和三角形两种情况下的有功功率、无功功率和视在功率。,例4-5,解：,(2)负载三角形连接，,三相对称电源线电压为380V，则相电压为220V。,有一对称三相负载Z=(12+j16)W，三相电源线电压为380V。求负载阻抗连接成星形和三角形两种情况下的有功功率、无功功率和视在功率。,由Z=(12+j16)W，阻抗角为,相电流,线电流,例4-5,解：,有一对称三相负载Z=(12+j16)W，三相电源线电压为380V。求负载阻抗连接成星形和三角形两种情况下的有功功率、无功功率和视在功率。,结论：,在相同电源下，三相负载连接成三角形时的功率是连接成星形时功率的3倍。所以，三相负载工作时，应该采用正确地连接方式。否则工作时可能过载，或不能正常工作。,4.4.2 三相负载的功率测量,1、单相功率测量,单相功率表,电流线圈并联,电流线圈串联,2、三相功率测量,（1）三相四线制电路的三相功率用三表法测量。,方法：用三个单相功率表分别测出每相功率，再相加得出三相总有功功率。,（2）三相三线制电路的三相功率用两表法测量。,方法：无论负载是星形还是三角形连接，用两个单相功率表分别测出每相功率，再代数相加得出三相总有功功率。,则,（2）三相三线制电路的三相功率用两表法测量。,对节点N运用KCL，,则,注意：,在实际测量时，若两功率表指针正偏转，读数为正，相加为三相负载的总功率；若某功率表指针反偏转，应将该功率表的电流线圈反接，使指针正偏转，但该表读数为负，两个功率表的读数的代数和就是三相负载的总功率。,本章结束,正误判断,对称负载 Y联结,什么是三相四线制,在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路分别代表A,B,C三相，不分裂，另一条是中性线N（区别于零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路，而三相系统中，三相自成回路，正常情况下中性线是无电流的），故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V相间电压中获得220V线间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。,重复接地不论N线还是PE线，在用户侧都要采用重复接地，以提高可靠性。但是，重复接地只是重复接地，它只能在接地点或靠近接地的位置接到一起，但绝不表明可以在任意位置特别是户内可以接到一起。这一点一定要切记，也要注意你的朋友是否有所违犯！,什么是三相四线制（继续）,A、B、C、N和PE线应用中最好使用标准、规范的导线颜色：A线用黄色，B线用蓝色，C线用红色，N线用褐色，PE线用黄绿色。,什么是三相四线制（继续）,三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后约不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。但是，由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故。现在民用住宅供电已经规定要使用三相五线制，如果你的不是，可以要求整改。为了安全，要斩钉截铁地要求！,什么是三相四线制（继续）,三相对称负载作三角形联结，UL =220V，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率 P = 4.5 kW，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P； 3) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。,例3：,或：P =I 2R P =UIcostg =XL / R,解：,(1) 由已知条件可求得,2) S1闭合、S2断开时, IA=IC =10A IB =17.32 A,流过电流表 A、C 的电流变为相电流 IP，流过电流表B 的电流仍为线电流IL 。,因为开关s均闭合时 每相有功功率 P =1.5 kW,当 S1合、S2断时，ZAB、ZBC 的相电压和相电流不变，则PAB、PBC不变。,P = PAB+PBC = 3 kW,IB = 0A,3) S1断开、 S2闭合时,变为单相电路,I1 仍为相电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。, IA=IC =10 A+ 5 A= 15A, I2 变为 1/2 IP，所以 AB、 BC 相的功率变为原来的1/4 。,P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦 日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1), 它们的额定电压都是220V，由380V/220V的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？,例4：,解: (1) 该照明系统与电网连接图,解: (1) 该照明系统与电网连接图,例5：,某大楼电灯发生故障，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？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因？,解: (1) 本系统供电线路图,(2) 当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。,(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三楼灯比二楼灯暗。,解：(1)本系统供电线路图,