电工技术 第2版 工业和信息化高职高专十二五 规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 王金花 电工技术第四章课件

第四章 三相交流电路,4.1 对称三相交流电及其特点,4.2 三相电源的连接,4.3 三相负载的连接,4.4 三相负载星形连接电路的分析计算,4.6 三相电路的功率,阅读材料4 周期性非正弦交流电路,4.5 三相负载三角形连接电路的分析计算,。,4.1.1 对称三相交流电及其表示法,1对称三相交流电的特征 最大值相等、角频率相同、相位互差120°的3个正弦电量称为对称三相交流电。 2对称三相交流电表示方法 对称三相交流电可用以下几种方法表示。 设以U相电压为参考正弦量 三相对称电压对应的瞬时值表达式（解析式）为,Up表示电源相电压的有效值,4.1 对称三相交流电及其特点,三相对称电压对应的相量形式为,三相对称电压对应的波形图及相量图如图4-2所示。,4.1.2 对称三相交流电的特点及相序,1对称三相交流电的特点 从波形图和相量图可看出，任一瞬间，对称三相电压瞬时值之和及相量和为零，即,2相序 对称三相交流电在相位上的先后顺序称为相序，它表示了三相交流电达到正的最大值（或相应零值）的顺序。,4.2 三相电源的连接,4.2.1 三相电源的星形连接,1三相电源的星形（Y）连接,三相电压源的星形（Y）连接方式如图4-3（a）所示。把三相电压源的负极（三相绕组的尾端）连在一起，向外引出一根输电线N，我们称这根输电线N为电源的中性线，简称中线（俗称零线）；由三相电压源的正极（三相绕组的首端）向外引出3根输电线称为端线或相线，俗称火线，分别用U、V、W表示。电源绕组按这种接线方式向外供电的体制称为三相四线供电制，如图4-3所示,三相四线供电制能提供以下两种电压。 （1）线电压 火线与火线之间的电压称为线电压，分别用uUV、uVW、uWU表示，其对应的相量式分别为,各线电压的下脚标同时表示出了线电压的正方向。,（2）相电压 火线与中线间的电压称为相电压，分别用uU、uV、uW表示，其对应的相量式分别为,各相电压的下脚标只有一个字母，实际上表示了相电压的正方向由相线指向中线（或零线）N。,三相电源的星形（Y）连接方式中各正弦量的相量表示形式及其正方向标注如图4-3（a）所示。,2三相电源星形连接时线电压与相电压的关系,（1）线电压与相电压的相量关系式,同理可得,线电压与相电压的相量式为,（2）线电压与相电压的相量图,（3）三相线电压的相量式,若以U相电压为参考相量,则,线电压与相电压有效值的关系式可用下式表示,（4）3个线电压的瞬时值表达式,例4-1已知星形连接的对称三相电源，线电压 试求出其他各线电压和各相电压的解析式,解：（1）各线电压 已知,（2）各相电压 因为,各相电压在相位上滞后对应的线电压30°。,4.2.2 三相电源的三角形连接,1三相电源的三角形（）连接,把3个电源绕组依次首尾相接连成一个闭环，从两个绕组的连接点分别向外引出3根火线U、V、W，电源绕组按这种接线方式向外供电的体制称为三相三线供电制，可简化为图4-5（b）所示的形式。显然这种连接方式只能向负载提供一种电压，即电源的线电压。,2三相电源的三角形（）连接时线电压与相电压的关系,电源的线电压与相电压的关系：,对称三相电源三角形连接时数量关系为：,三相电压源采用三角形连接时，先不要完全闭合，留下一个开口，并在开口处接上一只交流电压表，如图4-6所示，若测得回路总电压等于零，说明三相电压源接线正确，这时再把电压表拆下，将开口处接在一起，构成闭合回路。,3.接线注意事项：,当三相电源对称时,4.3 三相负载的连接,4.3.1 实际负载接入三相电源的原则,1负载接入三相电源的原则,电源电压等于负载额定电压。 力求使三相电路的负载均衡、对称。,对称三相负载：各相负载的复阻抗相等，即 （阻抗的模相等，阻抗角相同），称为对称三相负载，如三相变压器、三相电阻炉、三相电动机等。 不对称三相负载：各相负载的复阻抗不相等称为不对称三相负载，如三相照明电路中的负载。,三相对称电路：由对称三相负载组成的三相电路称为三相对称电路,2负载的连接,（1）单相负载的连接,（2）动力负载与三相四线制电源的连接,4.3.2 三相负载的星形（Y）连接,1三相负载的星形连接,三相负载的星形连接：将每相负载分别接在电源的相线（火线）和中性（零线）之间的连接方式。,三相负载星形连接电路的共同特点是：三相负载的一端连在一起与中线相接，另一端分别与电源的相线相接。,负载的中性点：三相负载连接在一起的点N'为负载的中性点。,2三相负载星形连接时线电量与相电量之间的关系,（1）三相负载星形连接时线电压与相电压的关系 负载的相电压：负载两端的电压称为负载的相电压。若忽略输电线路上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压。 负载的线电压：相线（火线）与相线之间的电压称为负载的线电压。显然负载的线电压就是电源的线电压。 线电压与相电压的关系： 当3个相电压对称时，3个线电压也对称。, 负载的线电流：流过相线或端线的电流称为负载的线电流。 对称负载线电流的有效值统一用IL表示。三相线电流的正方向规定为从电源端流向负载端。 由图4-11可看出，负载的线电流等于对应相负载的相电流，即,（2）三相负载星形连接时线电流与相电流的关系, 负载的相电流：流过每相负载的电流称为负载的相电流。,3三相负载星形连接时的电路特点,三相负载星形连接且连有中线时，不论负载是否对称，均有以下电路特点:,数量关系：,相位关系：,线电压超前对应的相电压30°,线电流等于相电流。,数量关系：,相位关系：,线电流与对应的相电流的相位相等,4.3.3 三相负载的三角形连接,1三相负载的三角形连接,把三相负载分别接在三相电源的每两根端线之间的连接方式，称为三相负载的三角形连接。其简化电路电路如图4-11所示。,2三相负载三角形连接时线电量与相电量之间的关系,三相负载三角形连接电路相电压 及各相电流、线电流的正方向标定如图4-11所示。,(1)负载的相电压就等于电源的线电压。,数量关系：,相位关系：,线电压与对应相电压的相位相等,3三相负载三角形连接时的电路特点,不论三相负载是否对称，均有以下特点：,线电压等于相电压。,线电流不等于相电流。,(2)负载的线电流等于对应两相电流的差,数量关系：,相位关系：,线电流滞后对应的相电流30°,三相负载对称时有：,4.4 三相负载星形连接电路的分析计算,4.4.1 三相对称负载星形连接电路的分析计算,1三相对称负载作星形连接时采用三相三线制,当各相负载的阻抗相同时，三相负载为对称三相负载,则,若,即,各相电流的相位互差120 °,中线电流为零可去掉,特别提示：当三相负载对称时，三相电流也对称，此时中线电流为零，可去掉中线。 中线的作用：使星形连接的不对称三相负载得到对称的相电压。,例4-2 已知电源线电压为380 V，三相对称负载星形（Y）连接，各相负载阻抗均为 求各相负载的电流及中线电流。,解：各相电压的有效值为,设,，,则,，,根据三相电流的对称关系得出：,中线电流为,4.4.2 三相不对称负载星形连接电路的分析计算,1三相不对称负载作星形连接时采用三相四线制,图4-17 三相不对称负载星形连接,2三相不对称负载星形连接时的分析计算,当中线存在时，负载的相电压等于电源的相电压，即负载电压仍然是对称的。,，,各相电流分别计算：,中线不允许断开,中性线的作用：是使星形连接的三相不对称负载成为3个独立的电路，不论负载大小如何变动，每相负载承受的对称相电压不变，故各相负载均能正常工作。 中性线一旦断开，即使电源线电压对称，但因各相负载所承受的相电压不相等，将使负载不能正常工作，严重时会造成重大的事故。 因此在三相四线制供电系统中，在中性线上不允许安装开关及熔断器，并且中性线必须安装牢固。 实际应用时，中线常用细钢丝制成，以免中线断开发生事故。为了减少中线电流，应力求三相负载对称。例如，三相照明负载应尽量平均分接在三相电源上，避免出现全部负载集中在一相上的情况。,3不对称三相负载中线的作用,4.5 三相负载三角形连接电路的分析计算,4.5.1 三相对称负载三角形连接时的分析计算,三相负载的相电压就是电源的线电压，每相负载分别与电源线电压构成一个单相交流电路，故每相负载的电压及流过每相负载的电流大小为：,，,设对称三相负载的复阻抗为：,若,则,三相对称负载按三角形连接方式接入对称三相电源后，组成了三相对称电路，流过三相负载的相电流是对称电流。,三相对称负载按三角形连接时线电流与相电流的关系,由平行四边形法则可求得相量,设以U相线电流 为参考相量，先画出三相对称相电流的相量图。,同理可得到 的相量如图4-21（b）所示。,分析几何关系可得,线电流滞后对应的相电流30°,例4-7 对称负载接成三角形，接入线电压为380 V的三相电源，若每相阻抗 求负载各相电流及各线电流。,解：设线电压 ，则负载各相电流为,4.5.2 三相不对称负载三角形连接时的分析计算,以U相负载电压 为参考相量，则,3个相电流分别为,3个线电流分别为,4.6 三相电路的功率,1三相电路的功率,（1）三相负载的有功功率,（2）三相负载的无功功率,（3）三相负载的视在功率,（4）三相负载的功率因数,2对称三相电路的功率,在实际应用中，三角形连接的负载测量其线电流比测量相电流方便，而星形连接没有中线的三相负载测量其线电压比测量相电压方便，所以三相功率的计算常用线电流、线电压来表示。 星形连接时的三相功率为,3功率标注,三相发电机、三相变压器、三相电动机的铭牌上标注的额定功率均为三相总功率。三相发电机、三相变压器等电源设备一般标注三相视在功率，三相电动机等负载设备标注的是三相有功功率。,阅读材料4 周期性非正弦交流电路,常见的非正弦周期电压（或电流）如图4-30所示。,这种周期性的不按正弦规律变化的电动势、电压或电流称为周期性非正弦交流电或周期性非正弦量，简称非正弦量。,一、非正弦交流电产生的原因,1电路中存在非线性元件,当电路中含有非线性元件时，电路中的电流与电路两端的电压不成正比。如二极管半波整流电路，在输入电压为正弦电压的情况下，由于二极管的单向电性，使电路中输出单向的脉动电压，它属于非正弦交流电，如图4-31所示，即输入电压波形为正弦波，输出电压波形为非正弦波。,交流铁芯线圈也是一种非线性元件，在它两端加上正弦电压时，流过交流铁芯线圈的电流不是正弦电流。,2电路中存在非正弦电动势,电子技术、自动控制系统中使用的脉冲信号源是各种波形的非正弦信号，由此引起的电压、电流为非正弦量。,3当电路中同时存在几个不同频率的电源共同作用时，电路中的电流、电压不是正弦量，它们的波形为非正弦周期波形。,例4-9 如图4-32（a）所示电路中，已知交流电源 ，直流电源的电动势为E0伏，求合成电动势e，并画出波形图。,解：,合成电动势的波形如图4-32（b）所示。由波形图可看出，合成电动势e为非正弦电动势，其角频率与交流分量e1的频率相同。因此电路中的电流也为非正弦电流，即,一个正弦交流电源与一个直流电源相串联，其合成电动势是非正弦周期量,例4-10 有两个不同频率的信号源。已知正弦电动势e1的角频率为（称为基频），正弦交流电动势e3的角频率为3（称为三倍频），二者相串联的电路如图4-33（a）所示。求合成信号源e，并画出波形图。,解：由KVL可以得出,由波形图可看出，合成电动势e为非正弦周期波，其角频率为（与交流分量e1的频率相同）。,图4-33（c）虚线所示的波形是由基频、三倍频、五倍频所合成的，比较接近矩形波。若把更高倍频都考虑进去，就可以得到一个完全像图4-32（b）、（c）中所示的矩