大学电路第12章三相电路.ppt

第12章 三相电路,本章重点,小结,重点,1.三相电路的基本概念,2.Y联接、D联接下的线电压(电流)与相电压(电流)的关系,3.对称三相电路归结为一相电路的计算方法,5.不对称三相电路的概念,难点,1.三相电路的计算及相量图的应用,2.三线三相制电路功率测量的二瓦特计法,4.三相电路的功率,12.1 三相电路,三相电路的组成,三相电源,三相负载,三相输电线路,三相电路的优点,发电方面：比单相电源可提高功率50；,输电方面：比单相输电节省钢材25；,配电方面：三相变压器经济且便于接入负载；,运行设备：结构简单、成本低、运行可靠、易维护。,1.对称三相电源的产生,定子,C,Z,I,S,N,转子,w,x,x,x,三相同步发电机示意图,特点：,1)三相绕组空间相差120;,2)转子由原动机带动旋转;,3)顺序:,A、B、C,电枢绕组及其中的电动势,x,上 页,下 页,返 回,(1)瞬时值表达式,A、B、C:始端，,X、Y、Z:末端。,(2)波形图,uA,uB,uC,(3)相量表示,相量图,(4)对称三相电源的特点,(5)对称三相电源的相序,相序：,顺序，,三相电源经过同一值(如最大值)的顺序。,正序(顺序)：,ABCA,负序(逆序)：,ACBA,相序的实际意义：,正转,反转,以后如果不加说明，一般都认为是正相序。,2.三相电源的联接,(1)星形联接(Y联接),X,Y,Z 接在一起的点称为Y联接，,对称三相电源的中性点，用N表示。,(2)三角形联接(或D联接),注意,三角形联接的对称三相电源没有中点。,3.三相负载及其联接,(1)星形联接(Y联接),若ZA=ZB=ZC,称三相对称负载。,(2)三角形联接(或D联接),若ZAB=ZBC=ZCA,称三相对称负载。,4.三相电路,由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。,工程上根据实际需要可以组成：,Y,Y,Y,注意,1)当电源和负载都对称时，,称为对称三相电路。,2)一般电源对称,负载不一定对称.,(1)三相四线制,Y0Y0,(2)三相三线制,Y,12.2 线电压(电流)与相电压(电流)的关系,1.有关术语,端线,(相线、火线)：,始端A,B,C 三端引出线。,中性线,(零线)：,中性点N引出线，连接无中线。,相电压Up：,每相电源的电压。,线电压Ul：,端线与端线之间的电压。,相电流Ip：,流过每相电源的电流。,线电流Il：,流过端线的电流。,负载相电压Up：,每相负载上的电压。,Y：,：,负载线电压Ul：,负载端线间的电压。,相电流Ip：,流过每相负载的电流。,线电流Il：,流过端线的电流。,2.相电压和线电压的关系,(1)Y联接,设各相电压为：,则各线电压为：,相电压和线电压相量图,30,30,30,另一种画法：,用相电压表示线电压：,线电压对称,结论：,对Y联接的对称三相电源,1)相电压对称，则线电压也对称,2)Ul与Up的大小关系:,3)Ul与Up的相位关系:,Ul超前对应Up 30o。,“对应”：,对应相电压是指线电压的下标第一个字母所指相。,(2)联接,设各相电压为：,则各线电压为：,结论：,联接的电源或设备:,线电压等于对应的相电压.,注意,1)Ul与Up的关系也适用于对称Y型负载和负载。,2)要注意端子的接线:,Y联接:,正确接线,错误接线,末端为公共点,联接:,始、末端依次相连。,A,X,B,Y,C,Z,电源中不会产生环流,电源中将会产生环流,正确接线,错误接线,3.相电流和线电流的关系,(1)Y联接,结论：,Y联接时，线电流等于相电流。,(2)联接,相电流,线电流：,相量图,30,结论：,联接的对称电路：,1)Il与Ip的大小关系:,2)Il与Ip的相位关系:,Il滞后对应Ip30o。,f,上 页,下 页,返 回,总结线电压(电流)与相电压(电流)的关系,Ul超前对应Up 30o,相等,相等,Il滞后对应Ip 30o,小结,12.3 对称三相电路的计算,1.YY联接(三相三线制）,设各相电压为：,各相阻抗为：,列结点电压方程：,(以N点为参考点),即,即N与N等电位.,因为三相对称,故可只进行单相的计算,其它相类推.,A相计算电路,负载侧相电压：,为对称电压.,计算电流,为对称电流.,总结YY联接,1)N与N等电位,有无中线对电路没有影响。,2)对称情况下，各相电压、电流都对称，,可采用一相(A相)等效电路计算。,其它两相按对称关系直接写出。,3)Y形联接的对称三相负载的电压、电流：,负载相电压,负载线电压,负载相电流,等于线电流.,2.Y0Y0联接(三相四线制）,中性线上的电流:,若三相对称,则,即,其它分析同YY联接。,3.Y联接(三相三线制）,设各相电压为：,各相阻抗为：,负载上相电压与线电压相等：,负载相电流：,线电流,30,f,30,总结Y联接：,1)负载上相电压与线电压相等，且对称。,2)线电流与相电流都对称。,相位落后相应相电流30。,3)根据一相的结果，由对称性可得到其余两相结果。,线电流是相电流的 倍。,其它的分析法,A相计算电路,1)利用一相等效电路：,2)利用负载等效变换：,Z/3,Z/3,Z/3,线电流：,相电流：,例12-1 对称三相电路，Z=(5+j6)，Z1=(1+j2),uAB=3802cos(wt+30o)。求负载Z的各电流相量。,解,画出一相计算图,线电压:,则相电压:,则负载Z的电流:,根据对称性:,上 页,下 页,返 回,例12-2 对称三相电源线电压为380V，Z=6.4+j4.8，Zl=3+j4。求负载Z的相、线电压和电流。,解,画出一相计算图,设线电压:,则相电压:,阻抗:,则负载Z的电流:,负载Z的相、线电压,相电压:,线电压:,因为负载为Y接线,故,例 对称三相负载分别接成Y和型。分别求线电流。,解,Y型的线电流:,型的线电流:,Z/3,Z/3,Z/3,结论:,相同的负载接在相同的电源中,接成型的线电流是接成Y型的3倍.,应用：,电动机Y降压起动。,4.电源为联接时的对称三相电路的计算,电源等效变换,保证其线电压相等。,将电源用Y电源替代，,Z/3,Z/3,Z/3,例 将下面电路等效成YY联接.,解,等效电源为:,电流IA可由下面电路求得:,小结,对称三相电路的一般计算方法:,1)将所有三相电源、负载都化为等值YY接电路；,2)连接负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；,3)画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：,一相电路中的电压：,Y接时的相电压。,一相电路中的电流:,线电流。,4)根据接、Y接时线量、相量之间的关系，求出原电路的电流电压。,5)由对称性，得出其它两相的电压、电流。,例 对称三相电路，电源线电压为380V，|Z1|=10，cos1=0.6(感性)，Z2=j50，ZN=1+j2。求：线电流、相电流，画出相量图(以A相为例)。,解,画出一相计算图,因为是对称三相电路,故,Z2/3,Z1,线电压为380V，|Z1|=10，cos1=0.6(感性)，Z2=j50,设线电压:,则相电压:,阻抗:,cos1=0.6,1=53.13,电源出线电流,Z1组相电流,Z2组相电流,A相相量图,30,53.13,12.4 不对称三相电路的概念,不对称,电源不对称,负载不对称,(较少),(常见),讨论对象:,电源对称，负载不对称(低压电力网)。,分析方法：,复杂交流电路分析方法。,主要了解：,中性点电位偏移。,负载不对称时中性点电位的偏移,Za、Zb、Zc不相等。,负载各相电压：,中性点间的电压：,相量图,N,中性点偏移：,负载中点与电源中点不重合。,在电源对称时，可根据中点位移的情况来判断负载不对称的程度。,中点位移较大，会使负载相电压严重不对称，影响负载的正常工作。,例 照明电路：,(1)三相四线制,设中线阻抗为零，,每相负载的工作情况相对独立。,(2)三相三线制,a)设A相断路(三相不对称),正常相的电压：,UBN+UCN=UBC,若电灯相同，A相断路后,则：,UBN=UCN=UBC/2,灯泡电压低，灯光昏暗。,不对称时,中线电流不为零，,b)设A相短路(三相不对称),正常相电灯的电压：,UBN=UBA,线电压,UCN=UCA,线电压,超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。,计算短路电流：,正常相,短路相：,是正常时电流的3倍,(过压),(过流),注意：,1)负载不对称时，,宜采用三相四线制;,2)负载不对称，电源中性点和负载中性点不等位，,中线中有电流，各相电压、电流不存在对称关系；,3)中线不能装保险、开关，并且要有一定的强度。,例12-3 图示为相序仪电路。对称电源，根据灯的亮度确定相序.,中性点间的电压：,解,设,代入参数，得,B相灯的电压为,C相灯的电压为,亮,暗,例 如图电路中，电源三相对称。当开关S闭合时，电流表的读数均为5A。求：开关S打开后各电流表的读数。,S闭合时：,解,S打开后：,返 回,平均功率,12.5 三相电路的功率,1.对称三相电路功率的计算,(1)瞬时功率,设,则,三相瞬时功率,p=pA+pB+pC,=3UpIpcos,(平均功率),:,相电压与相电流的相位差(阻抗角),单相瞬时功率脉动,三相瞬时功率恒定,电动机转矩:,m p,机械力矩均衡,避免了机械振动。,P=3UpIpcosf,对于Y联结:,Il=Ip,平均功率,对于联结:,Ul=Up,结论:,无论是Y联结还是联结,平均功率均为,：相电压与相电流的相位差(阻抗角),例 已知对称三相电路线电压Ul，问负载接成Y和各从电网获取多少功率？,解,Y联结,联结,结论:,1)当负载由Y改接成时，若Ul不变，则由于相电压增大3倍，所以功率增大3倍。,2)若负载的相电压不变，则不论怎样连接其功率不变。,(2)无功功率,Q=QA+QB+QC=3Qp,单相无功,(3)视在功率,注意:,1)功率因数也可定义为：,cos=P/S,2)这里P、Q、S 都是指三相总和。,3)不对称时 无意义。,2.三相功率的测量,(1)三表法,三相四线制,若负载对称，则只需一块表，读数乘以3。,(2)二表法,三相三线制,右图中:,iA+iB+iC=0,代入上式得:,p=p1+p2,=uACiA+uBC iB,=UACIAcos 1+UBCIBcos 2,线路总功率:,p=uAN iA+uBN iB+uCN iC,对于三相三线制系统:,即 iC=(iA+iB),p=(uAN uCN)iA+(uBN uCN)iB,=uACiA+uBC iB,=p1+p2,二表法的三种接线方式:,注意,测量线路的接法:,两功率表的电流线圈串到任意两相中,电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，,电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。,小结,注意,1)只有在三相三线制条件下，才能用二表法，且不论负载对称与否。,3)按正确极性接线时，若一个表指针反转即读数为负，将其电流线圈极性反接使指针正转，但读数应记为负值。,2)两表读数的代数和为三相总功率，单块表的读数无意义。,4)负载对称情况下，有：,其中,:,每相阻抗角,30,由相量图分析：,P1=UACIAcos1,=UlIlcos1,P2=UBCIBcos 2,=UlIlcos 2,30,1,2,P=P1+P2,=UlIlcos(30)+cos(+30),例12-4 图中已知对称载吸收功率 P=2.5kW,cosj=0.866(感性).线电压Ul=380V,求图中两表的读数。,解,P1=UACIAcos1,P2=UBCIBcos 2,求IA：,P=2.5kW,=3UAIAcos,由cosj=0.866 得：,j=30,由j1=j-30，j2=j+30，得：,j1=0,j2=60,P1=UACIAcos1,=380X4.386Xcos 0,=1666.68W,P2=UBCIBcos 2,=380X4.386Xcos 60,=833.34W,上 页,下 页,返 回,例 已知Ul=380V,Z1=30+j40,电动机 P=1700W,cosj=0.8(感性).求：(1)线电流和电源发出的总功率；(2)用两表法测三相负载的功率，画接线图求两表读数。,解,设,电动机负载：,总电流：,电源总功率：,上 页,下 页,返 回,(2)两表接法如图,P1=UACIAcos1,=3807.56cos(46.2 30),=2758.73W,P2=UBCIBcos 2,=3807.56cos(30+46.2),=685.26W,P=P1+P2,例 根据图示功率表的读数可以测取三相对称负载的什么功率？,解,画相量图，表的读数：,P=UBCIAcos(900+),90,=UlIlsin,根据功率表的读数可以测取负载的无功功率。,返 回,小结,一.三相电路的基本概念,二.线电压(电流)与相电压(电流)的关系,三.对称三相电路的计算,四.不对称三相电路的计算,1.对称三相电源的表达式、相量图、相序；,2.三相负载及其联接。,等效为一相电路计算。,复杂交流电路分析方法。,五.三相电路的功率,1.有功功率,：相电压与相电流的相位差(阻抗角)。,(三相瞬时功率、平均功率),2.无功功率,3.视在功率,4.功率测量,三瓦特计法,二瓦特计法,(三相四线制),(三相三线制),