电路邱关源版第十二章三相电路.ppt

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1、本章内容,第12章 三相电路,1.三相电路的基本概念,3.对称三相电路的分析,2.不对称三相电路的概念,4.三相电路的功率,返 回,重点:,三相电路是指由三相发电机向三相负载供电 的系统；三相电路由三相电源、三相负载和 三相输电线路三部分组成。,三相电路是一种工程实用电路，世界各国 发电、输电、用电几乎全部采用三相模式；,12.1 三相电路,就电路理论而言，三相电路是一种特殊的正 弦电路，关于正弦电路的一整套分析方法完 全适用于三相电路，并且可以利用三相电路 的特殊性来简化分析计算。,三相电路的特殊性：,（1）特殊的电源,（2）特殊的负载,（3）特殊的连接,（4）特殊的求解方式,通常由三相同步

2、发电机产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。,三相同步发电机示意图,三相电源是三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电源。,下 页,上 页,返 回,1.对称三相电源的产生,下 页,上 页,返 回,瞬时值表达式,波形图,A、B、C 三端称为始端，X、Y、Z 三端称为末端。,下 页,上 页,返 回,相量表示,对称三相电源的特点,下 页,上 页,返 回,正序(顺序)：ABCA,负序(逆序)：ACBA,相序的实际意义：,以后如果不加说明，一般都认为是正相序。,正转,反转,三相电源各相经过同一值(如最大值)的先后顺序。,对称

3、三相电源的相序,三相电机,下 页,上 页,返 回,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。,（1）星形联接(Y联接),下 页,上 页,返 回,2.三相电源的联接,（2）三角形联接(联接),三角形联接的对称三相电源没有中点。,注意,下 页,上 页,返 回,(1)星形联接,称三相对称负载,三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分称为一相负载，三相负载也有二种联接方式。,下 页,上 页,返 回,3.三相负载及其联接,(2)三角形联接,称三相对称负载,下 页,上 页,返 回,三相电路就是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：,当电源和负载都

4、对称时，称为对称三相电路。,注意,下 页,上 页,返 回,4.三相电路,三相四线制,三相三线制,下 页,上 页,返 回,1.名词介绍,端线(火线)：始端A,B,C 三端引出线。,中线：中性点N引出线，连接无中线。,下 页,上 页,返 回,12.2 线电压(电流)与相电压(电流)的关系,相电压：每相电源的电压。,线电压：端线与端线之间的电压。,线电流：流过端线的电流。,下 页,上 页,返 回,负载的相电压：每相负载上的电压。,负载的线电压：负载端线间的电压。,线电流：流过端线的电流。,相电流：流过每相负载的电流。,下 页,上 页,返 回,Y联接,下 页,上 页,返 回,2.相电压和线电压的关系,

5、利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：,线电压对称(大小相等，相位互差120o),一般表示为：,下 页,上 页,返 回,对Y联接的对称三相电源,所谓的“对应”：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。,(1)相电压对称，则线电压也对称,(3)线电压相位领先对应相电压30o。,结论,下 页,上 页,返 回,联接,线电压等于对应的相电压,以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。,注意,下 页,上 页,返 回,Y联接时，线电流等于相电流。,Y联接,结论,下 页,上 页,返 回,3.相电流和线电流的关系,结论,联接的对称电路：,(2)线电流相位滞后对应相电流30o。,联接,下

6、 页,上 页,返 回,对称三相电路由于电源对称、负载对称、线路对称，因而可以引入一特殊的计算方法。,1.YY联接(三相三线制）,下 页,上 页,返 回,13.3 对称三相电路的计算,以N点为参考点，对N点列写结点方程：,下 页,上 页,返 回,负载侧相电压：,因N，N两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算。,也为对称电压,结论,下 页,上 页,返 回,计算电流：,为对称电流,电源中点与负载中点等电位。有无中线对电路情况没有影响。,对称情况下，各相电压、电流都是对称的，可采用一相（A相）等效电路计算。其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。,结论,下

7、 页,上 页,返 回,Y形联接的对称三相负载，根据相、线电压、电流的关系得：,2.Y联接,解法1,负载上相电压与线电压相等：,下 页,上 页,返 回,相电流：,线电流：,下 页,上 页,返 回,负载上相电压与线电压相等，且对称。,线电流与相电流对称。线电流是相电流的 倍，相位落后相应相电流30。,根据一相的计算结果，由对称性可得到其余两相结果。,解法2,结论,下 页,上 页,返 回,利用计算相电流的一相等效电路。,解法3,下 页,上 页,返 回,3.电源为联接时的对称三相电路的计算,将电源用Y电源替代，保证其线电压相等。,下 页,上 页,返 回,例,下 页,上 页,返 回,(1)将所有三相电源

8、、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：,(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。,对称三相电路的一般计算方法:,一相电路中的电压为Y接时的相电压。,一相电路中的电流为线电流。,小结,下 页,上 页,返 回,例1,解,画出一相计算图,下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,例2,对称三相负载分别接成Y和型。求线电流。,解,应用：Y降压起动。,下 页,上 页,返 回,例3,对称三相电路，电源线电压为380V，|Z1|=10，cos1=0

9、.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,下 页,上 页,返 回,根据对称性，得B、C相的线电流、相电流：,下 页,上 页,返 回,由此可以画出相量图：,下 页,上 页,返 回,例4,消去互感，进行Y变换，取A相计算电路,解,下 页,上 页,返 回,负载化为Y接。,根据对称性，中性电阻 Zn 短路。,下 页,上 页,返 回,电源不对称（不对称程度小，系统保证其对称)。,电路参数(负载)不对称情况很多。,电源对称，负载不对称(低压电力网)。,分析方法,不对称,复杂交流电路分析方法。,主要了解：中性点位移。,讨论对象,下 页,

10、上 页,返 回,12.4 不对称三相电路的概念,负载各相电压：,三相负载Za、Zb、Zc不相同。,下 页,上 页,返 回,负载中点与电源中点不重合。,在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，使负载的工作状态不正常。,相量图,中性点位移,注意,下 页,上 页,返 回,例1,(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。,每相负载的工作情况相对独立。,(2)若三相三线制,设A相断路(三相不对称),灯泡电压低，灯光昏暗。,照明电路：,下 页,上 页,返 回,(3)A相短路,超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。,计算短路电流：,短路

11、电流是正常时电流的3倍,注意,下 页,上 页,返 回,要消除或减少中点的位移，尽量减少中线阻抗，然而从经济的观点来看，中线不可能做得很粗，应适当调整负载，使其接近对称情况。,结论,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；,中线不装保险，并且中线较粗。一是减少损耗，二是加强强度(中线一旦断了，负载不能正常工作)。,下 页,上 页,返 回,图示为相序仪电路。说明测相序的方法,解,例2,应用戴维宁定理,当C变化时，N在半圆上移动,下 页,上 页,返 回,若以接电容一相为A相，则B相电压比C相电压高。B相灯较亮，C相较暗(正序)。据此可测定三相电源的相序。

12、,三相电源的相量图,电容断路，N在CB线中点,电容变化，N在半圆上运动，因此总满足：,下 页,上 页,返 回,例3,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。,解,开关S打开后，表A2的电流数与负载对称时相同。而表A1和表A3的电流数等于负载对称时的相电流。,下 页,上 页,返 回,1.对称三相电路功率的计算,Pp=UpIpcos,三相总功率：P=3Pp=3UpIpcos,平均功率,下 页,上 页,返 回,12.5 三相电路的功率,(1)为相电压与相电流的相位差(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。,(2)cos为每相的功率因数

13、，在对称三相制中有 cos A=cos B=cos C=cos。,(3)公式计算电源发出的功率(或负载吸收的 功率)。,注意,下 页,上 页,返 回,例1,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,结论,(1)当负载由Y改接成时，若线电压不变，则由于相电压与相电流增大 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。,下 页,上 页,返 回,无功功率,Q=QA+QB+QC=3Qp,视在功率,2）这里的，P、Q、S 都是指三相总和。,1）功率因数也可定义为：cos=P/S,注意,3）不对称时 无意义,下 页,上 页,返 回,对称三相负载的瞬

14、时功率,下 页,上 页,返 回,单相：瞬时功率脉动,三相：瞬时功率恒定,电动机转矩:m p可以得到均衡的机械力矩。避免了机械振动。,下 页,上 页,返 回,2.三相功率的测量,三表法,若负载对称，则需一块表，读数乘以 3。,三相四线制,下 页,上 页,返 回,二表法,测量线路的接法是将两个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。（有三种接线方式）,三相三线制,注意,下 页,上 页,返 回,若W1的读数为P1,W2的读数为P2，则三相总功率为：,P=P1+P2,下 页,上 页,返 回,证明：,因负载可以变为Y，故上

15、述结论仍成立。,p=uAN iA+uBN iB+uCN iC,iA+iB+iC=0 iC=(iA+iB),p=(uAN uCN)iA+(uBN uCN)iB=uACiA+uBC iB,1:uAC 与iA的相位差，2 是uBC 与iB的相位差。,设负载是Y型联接,注意,下 页,上 页,返 回,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，若出现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指向正数，但此时读数应记为负值。,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：,注意,下 页,上 页,返 回,由相量图分析：,假设负载为

16、感性，相电流(即线电流)落后相电压j。,P=P1+P2=UACIAcos 1+UBCIBcos 2=UlIlcos 1+UlIlcos 2,1=30 2=+30,下 页,上 页,返 回,所以,P1=UlIlcos 1=UlIlcos(30)P2=UlIlcos 2=UlIlcos(+30),下 页,上 页,返 回,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,例1,已知Ul=380V，Z1=30+j40，电动机 P=1700W，cosj=0.8(感性)。,(1),下 页,上 页,返 回,电动机负载：,总电流：,下 页,上 页,返 回,表W1的读

17、数P1：,(2)两表接法如图,P1=UACIAcos 1=3807.56cos(46.2 30)=2758.73W,表W2的读数P2：,P2=UBCIBcos 2=3807.56cos(30+46.2)=685.26W=P-P1,下 页,上 页,返 回,例2,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,画出相量图，得功率表的读数：,P=UBCIAcos(900+),=UlIlsin,根据功率表的读数可以测取负载的无功功率。,上 页,返 回,本章小结：,一.对称三相电路的概念,三相电路由三相电源、三相负载、三相输电线路3部分组成。,对称三相电压的代数和为零：,对称三相电源：,是由3

18、个等幅值、同频率、初相位相差120的正弦电压源连接而成的。其对应的相量可表示为：,对称三相负载：三相负载阻抗相等的负载电路。,对称三相电路：对称三相电源与三相负载按一定的连接方式(星形或三角形)连接起来的电路系统。,二.三相电源、三相负载的连接 及电压电流关系,相电压UP：每一相电源或每一相负载的电压；,三相电源、三相负载都可以接成Y形或形。每种连接方式中都有以下4种参数：,线电压Ul：端线(或称为相线)之间的电压；,相电流IP：每一相负载中流过的电流；,线电流Il：流过端线的电流。,三相电源的Y连接,将三相电源的尾端连接在一起作为中点，首端引出端线到负载的连接方式。如果负载也是同样的Y形连接

19、，则可以将负载的中点N和电源的中点N连接起来称为中线。这种连接称为有中线的Y0-Y0连接，也称为三相四线制。若无中线，则称为三相三线制。,Y形连接方式下，电压和电流的关系:,线电流等于相电流：即,线电压的有效值是相电压的 倍，相位依次超前相应相电压的相位。即,三相电源的连接,连接是把三相电压依次首尾相接连成一个回路，再从端子A、B、C引出端线。,线电压等于相电压：即,形连接方式下，电压和电流的关系:,线电流的有效值是相电流的 倍，相位依次滞后相应相电流的相位。即,三.对称三相电路的计算,三相电路的每一相都是正弦电流电路，因此，正弦电路的分析、计算方法对三相电路完全适用。,三相归一相的计算方法,

20、对称三相电路的特殊性(对称)可以简化三相电路的计算。对称的Y-Y电路由于电源中点N和负载中点N电压为0，所以中线上无电流，如同开路，各相电流独立，彼此无关，电压、电流构成对称组，只要分析计算三相中的任意一相，其余两相的电压电流就可以按对称顺序写出。,三相归一相的计算方法,对于其它连接方式的对称三相电路，如-等，可以根据Y形和形的等效互换，化为对称的Y-Y三相电路，然后再归为一相计算。,对称三相电源的计算步骤,将三角形连接的对称三相电源等效为星形连接的电路；将三角形连接的对称负载等效为星形连接的负载电路；画出一相电路(ZN不出现)，求出线电流、相电压等响应。由线、相关系，求出三角形负载的相电流；

21、,四.三相电路功率,三相电路中，复功率守恒，三相负载吸收的复功率是各相复功率之和。在对称三相电路中，各相复功率相等。,有功功率P守恒。三相吸收(或发出)的有功功率是各相吸收(或发出)的有功功率之和。,无功功率守恒。,对称三相电路的瞬时功率是一个常量，其值等于平均功率，称为瞬时功率的平衡性。,三相电路的功率分析,三相电路的负载吸收功率计算公式：,取电压、电流参考方向，为负载阻抗角。则,三相电路的功率计算,三相电路的功率测量：,一瓦法：测量对称三相电路的有功功率。测出任一相功率P测，则三相电路的总功率P=3P测；,二瓦法：不论对称与否，三相三线制电路的负载功率，都可以用二瓦法测量，总功率P=P1+P2。此时单独一个功率表的读数是没有意义的。,三瓦法：适用于不对称电路，分别测出每相负载的功率，则总功率为P=P1+P2+P3。,作业：12-1;12-2;12-4；12-5;12-8,