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1、三相交流电路定稿三相交流电路定稿1应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第1页，本讲稿共36页第第三三章章 三相交流电路三相交流电路本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.1.掌握三相四线制供电系统中的电压关系；掌握三相四线制供电系统中的电压关系；掌握三相四线制供电系统中的电压关系；掌握三相四线制供电系统中的电压关系；2.掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正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，确联接方法，确联接方法，确联接方法，3.3.理解三相交流电路中电压和电流的基本关系；理解三
2、相交流电路中电压和电流的基本关系；理解三相交流电路中电压和电流的基本关系；理解三相交流电路中电压和电流的基本关系；4.4.掌握对称三相交流电路中电压、电流及功率的计算。掌握对称三相交流电路中电压、电流及功率的计算。掌握对称三相交流电路中电压、电流及功率的计算。掌握对称三相交流电路中电压、电流及功率的计算。5.5.理解三相四线制中中线的作用。理解三相四线制中中线的作用。（本章教学课时（本章教学课时（本章教学课时（本章教学课时2 2学时）学时）学时）学时）2应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第2页，本讲稿共36页 图图图图3-1a)3-1a)三相交流发电机结构示意图三相交流发电机结构示意图三
3、相交流发电机结构示意图三相交流发电机结构示意图第一节 三相电源1.三相对称电动势三相对称电动势（1 1）电动势的产生）电动势的产生）电动势的产生）电动势的产生工作工作工作工作原理：动磁生电原理：动磁生电原理：动磁生电原理：动磁生电(尾端尾端尾端尾端)(首端首端首端首端)+eUeVeWU2U1V1V2W1W2+图图图图3-1b)3-1b)三相绕组产生的电动势三相绕组产生的电动势三相绕组产生的电动势三相绕组产生的电动势U2定子定子转子转子3应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第3页，本讲稿共36页（2）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
4、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4应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第4页，本讲稿共36页（3）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（4 4）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
5、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U V W5应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第5页，本讲稿共36页二二.三相四线制电源三相四线制电源(1)联接方式联接方式中性线中性线中性线中性线(零线、地线零线、地线零线、地线零线、地线)中性点中性点端线端线端线端线(相线、火线相线、火线相线、火线相线、火线)在低压系统在低压系统在低压系统在低压系统,中性中性中性中性点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以点通常接地，所以也称地线。也称地线。也称地线。也称地线。相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的
6、电压线电压线电压线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压、Up三相相电压对称三相相电压对称+、UlXYZNBCAeA+eC+eB+6应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第6页，本讲稿共36页图3-3 电源联接的电路模型 由由三三条条相相线线和和一一条条中中线线构构成成的的供供电电系系统统称称为为三三相相四四线线制制供供电电系系统统。通通常常低低压压供供电电网网均均采采用用三三相相四四线线制制。常常见见的的只只有有两两条条导导线线的的供供电电电电路路一一般般只只包包括括三三相相中中的的一一相相，由由一一条条相相线线和和一一条中线组成。条中线组成。7应用科技学院应用科技学院胡机秀编
7、胡机秀编第7页，本讲稿共36页(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+8应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第8页，本讲稿共36页提示：一般低压供电的线电压是提示：一般低压供电的线电压是380V,它的相电压是它的相电压是=220V.可根据额定电压决定负载的接法：可根据额定电压决定负载的接法：若负载额定电压是若负载额定电压是380V，就接在两条相线之间；就接在两条相线之间；若负载额定电压是若负载额定电压是220V
8、，就接在相线和中线就接在相线和中线之间。之间。各种照明灯具、家用电气都采用各种照明灯具、家用电气都采用220V，这类电气设备只需要单，这类电气设备只需要单相电源就能工作，统称为单相负载。相电源就能工作，统称为单相负载。另一类电气设备必须接到三相电源上才能正常工作，如：三相交另一类电气设备必须接到三相电源上才能正常工作，如：三相交流电动机、大功率的三相电炉等，称为三相负载。流电动机、大功率的三相电炉等，称为三相负载。9应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第9页，本讲稿共36页第二节第二节负载的星形联结负载的星形联结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
9、：不对称三相负载：不满足不满足不满足不满足 ZA A=Z ZB =Z ZC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1.三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三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接三相负载也有三相负载也有三相负载也有三相负载也有 Y Y和和和和 两种接法，至于采用哪种方法
10、两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法，要，要，要，要根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。根据负载的额定电压和电源电压确定。10应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第10页，本讲稿共36页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；（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。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
11、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图图3-5负载的星型联接负载的星型联接11应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第11页，本讲稿共36页图3-6 负载星形连接的三相四线制电路 12应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第12页，本讲稿共36页负负载载星星形形连连接接的的三三相相四四线线制制电电路路如如图图3-6所所示示，若若不不计计中中线线阻阻抗抗（ZN=0），则则电电源源中中点点N与与负负载载中中点点N等等电电位位。若若端端线线阻阻抗抗可以忽略不计（可以忽略不计
12、（Zl=0），），则负载的相电压与电源的相电压相等，则负载的相电压与电源的相电压相等，即即;负负载载的的线线电电压压与与电电源源的的线线电电压压相相等等，即即。13应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第13页，本讲稿共36页负载星形连接时，负载星形连接时，电路有以下基本关系：电路有以下基本关系：(1)三相电路中的电流有相电流与线电流之三相电路中的电流有相电流与线电流之分，分，每相负载中的电流每相负载中的电流称为相电称为相电流，流，每条端线中的电流每条端线中的电流称为线电流，称为线电流，很显然，很显然，相电流等于线电流，相电流等于线电流，即即如如果果用用Ip表表示示相相电电流流，用用Il表表
13、示示线线电电流流，一般可写成一般可写成 Ip=Il14应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第14页，本讲稿共36页(2)三三相相四四线线制制电电路路中中,各各相相电电流流可可分成三个单相电路分别计算分成三个单相电路分别计算,即即式中 15应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第15页，本讲稿共36页 图3-7 负载星形连接时的相量图(a)三相负载不对称；(b)三相负载对称 16应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第16页，本讲稿共36页若三相负载对称，若三相负载对称，即即ZU=ZV=ZW=Z=|Z|时，时，有有因因而而相相电电流流或或线线电电流流也也是是对对称称的的。显显然然，在在三
14、三相相负载对称的情况下负载对称的情况下,三相电路可归结到一相来计算。三相电路可归结到一相来计算。二、三相负载对称的情况二、三相负载对称的情况17应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第17页，本讲稿共36页3）负载的线电压就是电源的线电压。负载的线电压就是电源的线电压。在在对称条件下，对称条件下，线电压是相电压的线电压是相电压的3倍，倍，且且超前于相应的相电压超前于相应的相电压30。4）中线电流等于三个线（相）电流的相中线电流等于三个线（相）电流的相量和。量和。根据图根据图3-6，由基尔霍夫电流定律由基尔霍夫电流定律有有18应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第18页，本讲稿共36页负载
15、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。二、三相负载对称的情况所以负载对称时，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写出。据对称性直接写出。+ZBZCZAN NN N+19应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第19页，本讲稿共36页3.系统故障分析解解:(1)A A相短路相短路相短路相短路1)中性线未断中性线未断N N R RAA5 R RC R RBB10 A AB BN NC C此时此时A相短路电流相短路电流很大，将很大，将A相熔断丝相熔断丝
16、熔断，而熔断，而BB相和相和相和相和C C相相相相未受影响，其相电压未受影响，其相电压未受影响，其相电压未受影响，其相电压仍为仍为仍为仍为220V,220V,正常工作。正常工作。正常工作。正常工作。在三相照明系统中，试分析下列情况在三相照明系统中，试分析下列情况在三相照明系统中，试分析下列情况在三相照明系统中，试分析下列情况(1)A(1)A相短路相短路相短路相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负
17、载电压。(2)A(2)A相断路相断路相断路相断路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；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。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。20 20应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第20页，本讲稿共36页此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，B B相和相和相和相和C C相的电灯组由于承受电压上所加的相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（电压都超过额定电压（220V)，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允
18、许的。2)A2)A相短路相短路相短路相短路,中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开时时时时,此时负载中性点此时负载中性点N N 即即即即为为为为A,A,因此负载各相电压因此负载各相电压因此负载各相电压因此负载各相电压为为为为A AB BN NC CN Ni iA Ai iCi iB B+21应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第21页，本讲稿共36页(2)A(2)A相断路相断路相断路相断路 2)2)中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开B、C相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压,正常工作。正常工作。1)1)中性线未断中性线未断中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路
19、，变为单相电路，如图如图如图如图(b)所示所示所示所示,由图可求得由图可求得由图可求得由图可求得IBCU U A AU U B B+(b)(b)N NR RA AR RCR RB BA AB BN NC C(a)(a)22应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第22页，本讲稿共36页结论（1）不对称负载）不对称负载）不对称负载）不对称负载Y Y联结又未接中性线时，负载相电压不再联结又未接中性线时，负载相电压不再联结又未接中性线时，负载相电压不再联结又未接中性线时，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。对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。对称，且负载电阻越大，负载承受的
20、电压越高。对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。（2 2）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。电压对称。（3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电）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（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。关。23应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第23页，本讲稿共36页例例3-13-1：三相四线制电路如图所示，已知每相负载阻抗三相四线制电路如图所示，已知每相负载阻抗Z=(6+8j)，外加线电压，外加线电压Ul=380V。试求。试求负载的
21、相电负载的相电压和相电流。压和相电流。N+N ZACBZZ24应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第24页，本讲稿共36页解：解：设设N+N ZACBZZ(1)相电压相电压(2)相电流相电流三相对称三相对称25应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第25页，本讲稿共36页第三节第三节负载的三角形连接负载的三角形连接如如果果将将三三相相负负载载的的首首尾尾相相连连，再再将将三三个个连连接接点点与与三三相相电电源源端端线线U、V、W连连接接，就就构构成成了了负负载载三角形连接的三相三线制电路，三角形连接的三相三线制电路，如图如图3-11所示。所示。图3-11 负载的三角形连接 26应用科技学
22、院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第26页，本讲稿共36页图图3-11中中，ZUV、ZVW、ZWU分分别别是是三三相相负负载载的的复复阻阻抗抗，各各电电量量的的参参考考方方向向按按习习惯惯标标出出。若若忽忽略略端端线线阻阻抗抗（Zl=0），则则电电路路具具有有以下基本关系：以下基本关系：(1)由由于于各各相相负负载载都都直直接接接接在在电电源源的的线线电电压压上上，所所以以负负载载的的相相电电压压与与电电源源的的线线电电压压相相等等。因因此此，无无论论负负载载对对称称与与否否，其其相相电电压压总是对称的，总是对称的，即即有效值关系为有效值关系为27应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第27页，
23、本讲稿共36页(2)各各相相电电流流可可以以分分成成三三个个单单相相电电路路分分别别计计算算,即即28应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第28页，本讲稿共36页三角形连接的相量图：三角形连接的相量图：图3-12 负载三角形连接时的相量图（a）负载不对称；(b)负载对称 （3）各线电流可利用基尔霍各线电流可利用基尔霍夫电流定律计算如右：夫电流定律计算如右：29应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第29页，本讲稿共36页二、对称负载的情况二、对称负载的情况如果负载对称，如果负载对称，即即，则负载的相电流也是对称的，则负载的相电流也是对称的，此此时，时，相电流可归结到一相来计算相电流可归结
24、到一相来计算,即即负负载载对对称称时时可可做做出出相相量量图图如如3-13所所示示，从从图中可得出：图中可得出：图3-13对称负载三角形连接时线电流与相电流之间的相量关系30应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第30页，本讲稿共36页即即线线电电流流是是相相电电流流的的 倍倍，且且滞滞后于相应的相电流后于相应的相电流30。三、负载不对称的情况三、负载不对称的情况在三相不对称负载做三角形联接时，相电流及线在三相不对称负载做三角形联接时，相电流及线电流都是不对称的，但相电压总是对称的，即等电流都是不对称的，但相电压总是对称的，即等于电源线电压，若某一相负载断开，并不影响其于电源线电压，若某一相
25、负载断开，并不影响其他两相的工作，接在该两相上的单相负载仍能正他两相的工作，接在该两相上的单相负载仍能正常工作常工作31应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第31页，本讲稿共36页例例3-2如如图图3-11所所示示的的三三相相三三线线制制电电路路，各各相相负负载载的的复复阻阻抗抗Z=6+j8，电电源源电电压压为为380V，试求负载的相电流和线电流。试求负载的相电流和线电流。解解由由于于是是对对称称电电路路，所所以以可可将将三三相相电电路路归归结结到一相来计算。到一相来计算。其相电流为其相电流为线电流为线电流为相电压与相电流的相位角为相电压与相电流的相位角为32应用科技学院应用科技学院胡机秀
26、编胡机秀编第32页，本讲稿共36页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，而与电源的联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。接方式无关。接方式无关。接方式无关。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
27、一般都联结成星形（具有中性线）。33应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第33页，本讲稿共36页3.4 三相电路的功率三相电路的功率无论负载为无论负载为YY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=Up p I Ip p cos 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当负载对称时：当负载对称时：P=3UpIpcos p所以所以34应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第34页，本讲稿共36页3.4 三相电路的功率三相电路的功率
28、2.瞬时功率瞬时功率由于对称三相负载的相电压和相电流是对称的，由于对称三相负载的相电压和相电流是对称的，它们的瞬时功率分别为：它们的瞬时功率分别为：故对称三相负载的瞬时功率为结论：结论：对称三相负载的瞬时功率是不随时间变换对称三相负载的瞬时功率是不随时间变换的，在任意瞬间都等于平均功率的，在任意瞬间都等于平均功率P。所以三相电。所以三相电机的瞬时转矩也是常量，因而运转平稳！这机的瞬时转矩也是常量，因而运转平稳！这是三相电机优点之一！是三相电机优点之一！35应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第35页，本讲稿共36页例例3-3：已知三相负载阻抗已知三相负载阻抗Z=(6+8j)，外加线电压，外
29、加线电压Ul=380V。试求。试求分别用星形接法和三角形接法时三分别用星形接法和三角形接法时三相电路的总功率。相电路的总功率。解：解：由例由例3-1知，阻抗知，阻抗Z=(6+8j)=10/53.1,星形接法线星形接法线电流电流Il=22A,故三相总功率为故三相总功率为:由例由例3-2知，阻抗知，阻抗Z=(6+8j)=10/53.1,三角形接法线电流三角形接法线电流Il=65.8A,故三相总功率为故三相总功率为:说明：计算表明电源电压不变时，同一负载由星形改为三角说明：计算表明电源电压不变时，同一负载由星形改为三角形连接时功率增加到原来的形连接时功率增加到原来的3 3倍。倍。36应用科技学院应用科技学院胡机秀编胡机秀编第36页，本讲稿共36页