汽车电工与电子基础 单元三 三相交流电路

1、单元三单元三 正弦交流电路正弦交流电路3.13.1 三相电压三相电压 3.23.2 负载星形连接的三相电路负载星形连接的三相电路 3.33.3 负载三角形连接的三相电路负载三角形连接的三相电路 3.43.4 三相功率三相功率本章要求：本章要求：1. 1. 理解三相理解三相对称对称电源电源Y Y和和连接时相电压、连接时相电压、线电压线电压 关系。关系。2. 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确联接方法，理解中线的作用。确联接方法，理解中线的作用。3. 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。 图图1 1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图1 1 三相电压三相电压1. 1. 三相电压的产生三相电压的产生 工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电( (尾端尾端) )( (首端首端) )+e1e2e3 U2U1V1V2W1W2+ +_eeU1U2图图2 2 三相绕组示意图三相绕组示意图图图3 3电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势定子转子W2U1U2V2NSW1-+V1三相电动势瞬时表示式三

2、相电动势瞬时表示式铁芯（作为导磁路经）三相绕组匝数相同匝数相同 空间排列互差空间排列互差120120 : 直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构相量图相量图波形图波形图e0e1e2e32120240360E2E1.120120120E3.对称三相电动势在任一时刻的瞬时值之和为 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。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120120 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 1 1 2 2 3 32. 2. 三相电源的星形连接三相电源的星形连接(1) 连接方式中性线中性线( (零线零线) )端线端线( (相线相线) )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、UlU U1 1、U U2 2、U U3 3U U1212、U U2323、U U3131L1黄 e1+中性点+U VW e3+e2+U3+L2绿L3红+N黑U

3、1U12U2U31U23(2)(2) 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系由 相 量 图 可 得相量图相量图U VW中性点e1+e3+e2+U3+L2L3L1+NU1U12U2U31U23U U121230U U2 2U U1 1U U2 2U U3 3= =U U2 2U U1 1U U1212= =U U3 3U U2 2U U2323= =U U1 1U U3 3U U31313. 3. 三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接 +VUWU12U31U232 2 负载星形连接的三相电路负载星形连接的三相电路三相负载三相负载 不对称三相负载：不对称三相负载： 不满足不满足 Z Z1 1= =Z Z2 2 = =Z Z3 3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：Z Z1 1= =Z Z2 2= =Z Z3 3如如三相电动机三相电动机1. 1. 三相负载三相负载 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

4、电动机等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 Y Y和和 两种接法，至于采用哪种方两种接法，至于采用哪种方 法法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。三相负载三相负载Y Y形连接原则形连接原则 （1 1） 电源提供的相电压电源提供的相电压= =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。1 1 2 2电源电源3熔断丝熔断丝三相四线制 380/220伏N N额定电压为 220伏的单相负载额定电压为 220伏的三相负载2. 2. 负载星形连接的三相电路负载星形连接的三相电路结论：结论：负载负载 Y Y形连形连 接时，线电流接时，线电流 等于相电流。等于相电流。Y: Y: 三相三线制三相三线制Y Y0 0：三相四线制三相四线制(1) (1) 连接形式连接形式U2U1U3 +Z2 Z3Z1N NN N+ N 电源中性点N负载中性点I1线I2线I3线INI1相相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流 I I相相线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流

5、I I线线(2) (2) 负载负载Y Y连接三相电路的计算连接三相电路的计算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4)4)线电流相电流线电流相电流Y 连接时：5)5)中线电流中线电流负载负载 Y Y 连接带中性线时连接带中性线时, , 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负载负载 Y Y 连接带中性线时连接带中性线时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对称时,中性线无电流, 可省掉中性线。例1：若R1=R2= R3 = 5 ，求线电流及中性线电 若R1=5 , R2=10 , R3=10 ,求线电流及一星形连接的三相电路，电源电压对称。设电 源线电压 。 负载为电灯组， 流 IN ; 中性线电流 IN 。U1U2U3N+NR1R2R3132I1INI2I3中性线电流中性线电流解：三相负载对称三相负载对称三相负载不对称三相负载不对称中性线电流中性线电流例例2 2：照明系统故障分析：照明系统故障分析解: (1 1) ) 1 1相短路相短路 1) 中性线未断N NR R1 1R R3R R2 21 12 2N N3 3此时此时1 1相

6、短路电流很相短路电流很 大，将大，将1 1相熔断丝熔断相熔断丝熔断 ，而，而 2 2相和相和3 3相相 未受影响，其相电压未受影响，其相电压 仍为仍为220V, 220V, 正常工作。正常工作。 在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况(1) 1(1) 1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；中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。(2) 1(2) 1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；中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。此情况下，此情况下，2 2相和相和3 3相的电灯组由于承受电压上所相的电灯组由于承受电压上所 加的电压都超过额定电压（加的电压都超过额定电压（220V) 220V) ，这是不允许的。这是不允许的。 2) 12) 1相短路相短路, , 中性线断开中性线断开时时, ,此时负载中性点N N 即为即为1, 1, 因此负载各相因此负载各相电压为电压为1 12 2N N3 3N N i i1 1i i3i i2 2+(2) 1(2) 1相断路相

7、断路 2) 2) 中性线断开中性线断开2、3相灯仍承受220V 电压, 正常工作。1) 1) 中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，如图如图(2)(2)所示所示I 23U U 1 1U U 2 2+(2)(2)N NR R1 1R R3R R2 21 12 2N N3 3(1)(1)由图（由图（2 2）可求得）可求得结论结论（1 1）不对称负载不对称负载Y Y连接又未接中性线时，负载相电连接又未接中性线时，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压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高 。（2 2） 中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相电压对称。相电压对称。（3 3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）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电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀 闸开关。闸开关。 1. 1. 连接形式连接形式3 负载三角形连接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

8、电流 、 、Z12Z23Z31132+线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2) 相电流(1) 负载相电压=电源线电压 即: UP = UL一般电源线电压对称，一般电源线电压对称， 因此不论负载是否对称，因此不论负载是否对称， 负载相电压始终对称负载相电压始终对称, , 即2. 2. 分析计算分析计算Z12Z23Z31132+相电流：线电流： U U1212= =U U2323= =U U3131= =U Ul l= =U UP P相量图2312313123123130负载对称时, 相电流对称相电流对称，即，即23(3) 线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即 。 线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流 滞后滞后3030 。三相负载的连接原则三相负载的连接原则负载的额定电压 = 电源的线电压应作 连接 负载的额定电压 = 电源线电压应作 Y 连接应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与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。电源的联接方式无关。三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三 角形，而照明负载一般都连接成星形（具有中性线

9、）。4 4 三相功率三相功率无论负载为无论负载为 Y Y 或或连接，每相有功功率都应为连接，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 连接时： 同理对称负载Y连接时：相电压与相 电流的相位差当负载对称时：P = 3Up Ipcosp所以三相对称负载作三角形连接，UL =220V，当S1、S2 均闭合时，各电流表读数均为17.31，三相功率P = 4.5 kW，试求:1) 每相负载的电阻和感抗；2) S1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P；3) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。例1：Z Z3131111S S1 1S2Z12Z233 31 12 2或：P =I 2RP =UI3os tg =XL / R解 ：(1) 由已知条件可求得Z Z3131111S S1 1S2Z12Z233 31 12 22) S2) S1 1闭合、闭合、S S2 2断开时断开时 I1=I3 =10A I2 =17.32 A流过电流表流过电流表 1 1、3 3 的的 电流变为相电流电流变为相电流 I IP P，流流 过电流表过电流表2 2 的电流仍为的电流仍为 线电流线电流I IL L。因为开关s均闭合时每相有功功率每相有功功率

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