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1、三相交流电路及分析第1页，共52页，编辑于2022年，星期三要求：要求：1.搞清对称三相负载搞清对称三相负载Y和和联结时相线电压、相联结时相线电压、相线电流关系。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掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。正确联接方法，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。掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。第2页，共52页，编辑于2022年，星期三一、三相交流电源一、三相交流电源1 1、三相电动势的产生、三相电动势的产生NS AXe在两磁极中间，放一个线圈。在两磁极中间，放一个线圈。根据右手定则可知，
2、线圈根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方中产生感应电动势，其方向由向由AX。让线圈以让线圈以 的速度顺时的速度顺时针旋转。针旋转。合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到线圈两端便可得到单相单相交流电动势。交流电动势。第3页，共52页，编辑于2022年，星期三 图图图图4.1.1 4.1.1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图(尾端尾端尾端尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端首端首端首端)+_eeAX 图图图图4.1.2 4.1.2 三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组
3、示意图图图图图4.1.34.1.3电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势定子定子转子转子ZAXYNSC-+B转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。三的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。个线圈中便产生三个单相电动势。第4页，共52页，编辑于2022年，星期三三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式相量表示相量表示相量表示相量表示铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经）三相绕组三相绕组匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差120:直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子发电机结构发电机结构第5页，共
4、52页，编辑于2022年，星期三三相电动势的相量关系：三相电动势的相量关系：Em 第6页，共52页，编辑于2022年，星期三对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等最大值相等频率相同频率相同相位互差相位互差120称为对称三相电动势称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 A B C第7页，共52页，编辑于2022年，星期三 2
5、 2、三相交流电源的连接三相交流电源的连接 1.星形接法星形接法AXYCBZN 三个独立的发电绕组三个独立的发电绕组第8页，共52页，编辑于2022年，星期三（中线）（中线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）（火线）AXYCBZN三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）:ABC中线（零线）：中线（零线）：N(1)联接方式联接方式第9页，共52页，编辑于2022年，星期三 三相电源三相电源星形接法的两组电压星形接法的两组电压相电压相电压：火线对零线间的电压。火线对零线间的电压。ACBN120 120 120 第10页，共52页，编辑于2022年，星期三线电压线电压：火线间的电压
6、。火线间的电压。CABN注意规定的注意规定的正方向正方向第11页，共52页，编辑于2022年，星期三(2)(2)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系根据根据根据根据KVLKVL定律定律定律定律由相量图可得由相量图可得相量图相量图相量图相量图 30AXYZNBCeA+eC+eB+第12页，共52页，编辑于2022年，星期三 同同理：理：第13页，共52页，编辑于2022年，星期三线电压与相电压的通用关系表达式：线电压与相电压的通用关系表达式：-为相电压为相电压 -为线电压为线电压在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为在日常生活与工农业生产中，多
7、数用户的电压等级为第14页，共52页，编辑于2022年，星期三 2.三角形接法三角形接法AAXYCBZBC特点：特点：线电压线电压=相电压相电压第15页，共52页，编辑于2022年，星期三短路短路+E三个电源串接三个电源串接能否造成短路？能否造成短路？直流电源行吗？直流电源行吗？AXYZBC问题讨论问题讨论+-EEE直流电源串接不行，直流电源串接不行，三相交流电源可以，三相交流电源可以，为什么？为什么？第16页，共52页，编辑于2022年，星期三AXYZBCEm三相交流电源中三个三相交流电源中三个电源可以串接的原因电源可以串接的原因在于：在于：三个电源的电压任何瞬三个电源的电压任何瞬间相加均为
8、零。间相加均为零。第17页，共52页，编辑于2022年，星期三星形接法星形接法ACB NZZZ二、三相负载及三相电路的计算二、三相负载及三相电路的计算三角形接法三角形接法ACBZZZ负载也有两种接法负载也有两种接法:第18页，共52页，编辑于2022年，星期三三相负载三相负载三相负载三相负载不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载：不满足不满足不满足不满足 Z ZA A=Z ZB B =Z ZC C 如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：对称三相负载：ZA=ZB=ZC 如如三相电动机三相电动机
9、1.三相负载三相负载分类分类分类分类单相负载：单相负载：只需一相电源供电只需一相电源供电 照明负载、家用电器照明负载、家用电器负载负载三相负载：三相负载：需三相电源同时供电需三相电源同时供电 三相电动机等三相电动机等第19页，共52页，编辑于2022年，星期三三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则（1 1）电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压=负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；（2 2）单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三
10、相电源上。A AB B电源电源电源电源C保险丝保险丝保险丝保险丝三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏N N 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载第20页，共52页，编辑于2022年，星期三 2.负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路线电流：线电流：线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流：相电流：相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流Y:三相三线制三相三线制Y0：三相四线制：三相四线制(1)(1)联结形式联结形式
11、联结形式联结形式+ZBZCZAN NN N+N 电源中性点电源中性点N负载中性点负载中性点第21页，共52页，编辑于2022年，星期三(2)(2)负载负载负载负载Y Y联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算1)1)1)1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压2)2)2)2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压3)3)3)3)线电流相电流线电流相电流线电流相电流线电流相电流Y 联结时：联结时：4)4)中线电流中线电流负载负载负载负载 Y Y 联结带中性
12、线时联结带中性线时联结带中性线时联结带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算+ZBZCZAN NN N+第22页，共52页，编辑于2022年，星期三负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流,可省掉中性线。可省掉中性线。(3)(3)对称负载对称负载对称负载对称负载Y Y 联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。负载对称时，只负载对称时，只需计算一相电流，需计算一相电流，其它两相电流可根其它两相电流可根据对称性直接
13、写出。据对称性直接写出。+ZBZCZAN NN N+第23页，共52页，编辑于2022年，星期三例例1 1：N+N RARBRCACB若若RA=RB=RC=5 ，求线电流及中性线电，求线电流及中性线电若若RA=5 ,RB=10 ,RC=20 ,求线电流求线电流及及 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压源线电压 。负载为负载为电灯组，电灯组，流流 IN;中性线电流中性线电流 IN。第24页，共52页，编辑于2022年，星期三中性线电流中性线电流解：解：已知：已知：N+N RARBRCACB(1)线电流线电流 三相对称三相对称第25页，共52页，
14、编辑于2022年，星期三(2)三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ）分别计算分别计算各线电流各线电流中性线电流中性线电流第26页，共52页，编辑于2022年，星期三例例例例2:2:求例求例求例求例1 1电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。电路中性线断开时不对称负载的相电压及相电流。则节点电压则节点电压负载电压负载电压负载电压负载电压NN RBRC.RA+解：解：设设第27页，共52页，编辑于2022年，星期三可见：可见：1.不对称三相负载做星形联结且无中性线时不对称三
15、相负载做星形联结且无中性线时,三相三相负载的相电压不对称。负载的相电压不对称。第28页，共52页，编辑于2022年，星期三讨论讨论讨论讨论照明电路能否采用三相三线制照明电路能否采用三相三线制供电方式？供电方式？ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼N不加零线不加零线会不会出会不会出现问题现问题?第29页，共52页，编辑于2022年，星期三 设线电压为设线电压为380V。A相断开后，相断开后，B、C 两相串两相串连，电压连，电压UBC（380V）加在）加在B、C负载上。如果两相负负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电载对称，则每相负载上的电压为压为190V。问题问题1：若一楼全部断开，
16、二、三楼仍然接通若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何情况如何?ACB.一层楼一层楼二层楼二层楼三层楼三层楼分析：分析：结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。第30页，共52页，编辑于2022年，星期三 问题问题2：若一楼断开，二、三楼接通，两层楼若一楼断开，二、三楼接通，两层楼 灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4）结果如何？）结果如何？结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。ACBR2R3分析分析第31页，共52页，编
17、辑于2022年，星期三关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中各相照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。而且必须保证零线可靠。中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线
18、在运行中不断开，其上不允许接保险相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。丝也不允许接刀闸。第32页，共52页，编辑于2022年，星期三1.联结形式联结形式4.3 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路线电流线电流:流过端线的电流流过端线的电流相电流相电流:流过每相负载的电流流过每相负载的电流 、ZABZBCZCAACB+第33页，共52页，编辑于2022年，星期三线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2)相电流相电流(1)负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即:UP=UL 一般电源线电压对称，因一般电源线电压对
19、称，因一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称,即即2.分析计算分析计算ZABZBCZCAACB+相电流：相电流：线电流：线电流：U UABAB=U UBCBC=U UCACA=U Ul l=U UP P第34页，共52页，编辑于2022年，星期三相量图相量图BCABCACABCABCA30负载对称时负载对称时,相电流对称相电流对称相电流对称相电流对称，即，即，即，即BC(3)线电流线电流由相量图可求得由相量图可求得为此线电流也对称，即为此
20、线电流也对称，即 。线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流滞后滞后滞后滞后3030 。第35页，共52页，编辑于2022年，星期三三相负载的联接原则三相负载的联接原则负载的额定电压负载的额定电压=电源的线电压电源的线电压应作应作 联结联结负载的额定电压负载的额定电压=电源线电压电源线电压应作应作 Y 联结联结 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源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。的联接方式无关。的联接方式无关。的联接
21、方式无关。三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。第36页，共52页，编辑于2022年，星期三4.4 三相功率三相功率无论负载为无论负载为无论负载为无论负载为 Y Y 或或或或联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为 P Pp p=U Up p I Ip p coscos p p对称负载对称负载 联结时：联结时：同理同理对称负载对称负载Y联结时：联结时：相电压与相相电压与相电流的相位差电流的相位差
22、当负载对称时：当负载对称时：P=3Up Ipcos p所以所以第37页，共52页，编辑于2022年，星期三 有一三相电动机有一三相电动机,每相的等效电阻每相的等效电阻R=29,等效等效 感抗感抗XL=21.8,试求下列两种情况下电动机的相电流、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功率，并比较所得的结果：线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果：(1)绕组联成星形接于绕组联成星形接于UL=380 V的三相电源上的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于UL=220 V的三相电源上。的三相电源上。例例1:解解:(1)第38页，共52页，编辑于2022年，星期三
23、(2)比较比较(1),(2)的结果的结果:有的电动机有两种额定电压有的电动机有两种额定电压,如如220/380 V。当电源电压为当电源电压为380 V时时,电动机的绕组应联结成星形；电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为当电源电压为220 V时时,电动机的绕组应联结成三角形。电动机的绕组应联结成三角形。在三角形和星形两种联结法中在三角形和星形两种联结法中,相电压、相电流相电压、相电流以及功率都未改变以及功率都未改变，仅，仅三角形联结情况下的线电流三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大比星形联结情况下的线电流增大 倍倍。第39页，共52页，编辑于2022年，星期三例例2:(1)(1
24、)各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。相可依据对称性写出。相可依据对称性写出。相可依据对称性写出。A AB BC 线电压线电压Ul为为380 V的三相电源上，接有两组对称的三相电源上，接有两组对称三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相三相电源：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗阻抗 ;另一组是星形联结的电阻性另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻负载，每相电阻R
25、=10,如图所示。试求：如图所示。试求：(1)各组负载的相电流；各组负载的相电流；(2)电路线电流；电路线电流；(3)三相有功功率。三相有功功率。设设解：解：第40页，共52页，编辑于2022年，星期三负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为(2)(2)电路线电流电路线电流电路线电流电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示第41页，共52页，编辑于2022年，星期三一相电压与电流的相量图如图
26、所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示(3)(3)三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o第42页，共52页，编辑于2022年，星期三 三相对称负载作三角形联结，三相对称负载作三角形联结，UL=220V，当，当S1、S2 均闭合时，各电流表读数均为均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率，三相功率 P=4.5 kW，试求，试求:1)每相负载的电阻和感抗；每相负载的电阻和感抗；2)S1合、合、S2断开时断开时,各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P；3)S 1断、断、
27、S 2闭合时闭合时,各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P。例例3：Z ZCACAAAAS S1 1S2ZABZBCC CA AB B第43页，共52页，编辑于2022年，星期三或：或：P=I 2R P=UIcos tg =XL/R 解：解：(1)由已知条件可求得由已知条件可求得Z ZCACAAAAS S1 1S2ZABZBCC CA AB B第44页，共52页，编辑于2022年，星期三2)S2)S1 1闭合、闭合、闭合、闭合、S S2 2断开时断开时断开时断开时 IA=IC=10A IB=17.32 A 流过电流表流过电流表流过电流表流过电流表 A A、C C 的电的电的电的电流变为
28、相电流流变为相电流流变为相电流流变为相电流 I IP P，流过电，流过电，流过电，流过电流表流表流表流表B B 的电流仍为线电流的电流仍为线电流的电流仍为线电流的电流仍为线电流I IL L 。因为开关因为开关s s均闭合时均闭合时 每相有功功率每相有功功率每相有功功率每相有功功率 P=1.5 kW 当当 S S1合、合、S S2断时，断时，ZAB、ZBC 的相电压和相电流不的相电压和相电流不变，则变，则PAB、PBC不变。不变。P=PAB+PBC=3 kWkWS S1 1AAAS S2 2Z ZABABZ ZCACAZ ZBCBCC CA AB B第45页，共52页，编辑于2022年，星期三I
29、B=0A 3)S3)S1 1断开、断开、断开、断开、S S2 2闭合时闭合时闭合时闭合时变为单相电路变为单相电路变为单相电路变为单相电路Z ZA ABZ ZBCBCZ ZCACAA AC CI1I2 I1 仍为相电流仍为相电流仍为相电流仍为相电流 IP ，I2 变为变为变为变为 1/2 IP 。IA=IC=10 A+5 A=15A I2 变为变为变为变为 1/2 IP，所以所以所以所以 AB AB、BCBC 相的功率变为原来的相的功率变为原来的相的功率变为原来的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
30、AAAS1S S2Z ZABABZ ZBCBCZ ZCACAA AB BC C第46页，共52页，编辑于2022年，星期三 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40404040瓦瓦瓦瓦 日光灯日光灯日光灯日光灯210210盏盏盏盏(cos(cos(cos(cos 1 1 1 1=0.50.5)，6060瓦白炽灯瓦白炽灯瓦白炽灯瓦白炽灯9090盏盏盏盏(c(c(c(cosososos 2 2 2 2=1),=1),=1),=1),它们的额定它们的额定它们的额定它们的额定电压都是电压都是电压
31、都是电压都是220V220V，由，由，由，由380V380V/220V220V的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下指出应如何接入电网。这种情况下,线路电流为多少？线路电流为多少？线路电流为多少？线路电流为多少？例例例例4 4 4 4：解解解解:(1)(1)该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图N NA AB BC C3030盏盏盏盏+7070盏盏盏盏第47页，共52页，编辑于2022年，星
32、期三解解解解:(1)(1)该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图N NA AB BC C3030盏盏盏盏+7070盏盏盏盏V (2)计算线电流计算线电流U .设设 =220 0第48页，共52页，编辑于2022年，星期三三相交流电路的小结（三相交流电路的小结（1 1）-三相电源三相电源三相三线制三相三线制三相四线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一三相电源一般都是对称般都是对称的，而且多的，而且多用三相四线用三相四线制接法。制接法。第49页，共52页，编辑于2022年，星期三三相交流电路的小结三相交流电路的小结(2)-(2)-三相负载三相
33、负载星形负载星形负载三角形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ第50页，共52页，编辑于2022年，星期三三相交流电路的小结三相交流电路的小结(3)-(3)-三相电路计算三相电路计算负载负载 形接法形接法对称负载下：对称负载下：各相电压、电流单独计算。各相电压、电流单独计算。负载不对称时：负载不对称时：负载对称时：负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相。电压对称、电流对称，只需计算一相。求电表读数时，可只算有效值，不算相位。求电表读数时，可只算有效值，不算相位。三相电路的计算要特别注意相位问题。三相电路的计算要特别注意相位问题。负载负载Y Y形接法形接法电源对称时：电源对称时：第51页，共52页，编辑于2022年，星期三三相交流电路的小结三相交流电路的小结(4)-(4)-三相功率计算三相功率计算三相总功率三相总功率：负载对称时：负载对称时：和接法和接法无关无关第52页，共52页，编辑于2022年，星期三