电工与电子技术上篇电工学单元3三相交流电路.ppt

电工与电子技术,上篇 电工学 单元3 三相交流电路,2,【知识点】三相对称电动势的特点；三相交流电源星形连接，三角形连接及相、线电压关系；三相负载星形连接，三角形连接及相、线电压和电流关系；三相交流电路的功率；三相交流电路分析计算方法 【能力目标】熟练掌握三相交流电路的分析、计算和实际运用 在现代电力系统中，发电和输配电几乎都采用三相制所谓三相制，是指由频率相同、幅值相等、相位互差120°的三个正弦电动势作为电源的供电体系三相制比单相制在电能的产生、输送和应用上具有显著的优点：三相输电比单相输电节省有色金属材料，输电成本低；三相交流电机比单相交流电机性能好，经济效益高单元3 三相交流电路,3,单元3 三相交流电路,目 录,4,三相交流电是由三相交流发电机产生的图3.1（a）是一个三相交流发电机的原理示意图它主要由两部分组成，里面旋转的部分称为转子，在转子的线圈中通以直流电流，则在空间产生一个按正弦规律分布的磁场；,3.1 三相交流电源,3.1.1 三相对称电动势,,3.1 三相交流电源,图3.1 三相交流发电机原理 (a)三相交流发电机原理示意图； (b)三相电动势正方向,5,外面固定不动的部分称为定子，在定子的铁芯槽内分别嵌入三个结构完全相同的线圈U1—U2、V1—V2、W1—W2，它们在空间的位置互差120°，称为三相定子绕组，U1、V1、W1称为三个绕组的始端，U2、V2、W2称为末端。

当发动机拖动转子以角速度ω匀速旋转时，三相定子绕组就会切割磁力线而感生电动势由于磁场按正弦规律分布，因此感应出的电动势为正弦电动势，而三相绕组结构相同，切割磁力线的速度相同，位置互差120°，因此三相绕组感应出的电动势幅值相等，频率相同，相位互差120°这样的三相电动势称为对称三相电动势，设各相电动势方向为由末端指向始端，如图3.1（b）所示并以eU为参考量，则三个电动势的瞬时值表达式为：,3.1 三相交流电源,6,波形图、相量图如图3-2所示任一瞬时，对称的三相电动势之和为零，即 3.1）,图3.2 三相对称电动势的波形图和相量图 (a) 波形图；(b) 相量图,3.1 三相交流电源,7,三相电源中三个电动势依次达到最大值（或零值）的先后次序称为三相电源的相序，式（3.1）表示的三相电源相序为U—V—W—U，即V相滞后于U相，W相滞后于V相，称之为正序如果相序为W—V—U—W，则称为逆序工程上通用的是正序 U相是可以任意假定的，但U相一经确定，那么比U相滞后120°的就是V相，比U相超前120°的则是W相，这是不可混淆的工业上通常在交流发电机引出线及配电装置的三相母线上涂上了黄、绿、红三色，用以表示U、V、W三相。

3.1 三相交流电源,8,三相发电机的三相绕组有星形（Y）和三角形（△）两种连接方式 3.1.2.1 星形连接 如图3.3所示，将电源的三相绕组的末端连接在一起，形成一个节点N称为中性点（零点），再将三相绕组的始端U、V、W分别引出三根输出线，称为端线或相线（俗称火线），就构成了三相电源的星形连接，称为三相三线制 如果将中性点N也引出一根线，称为中线（或零线），与三根端线共同构成星形连接，则称为三相四线制3.1 三相交流电源,3.1.2 三相电源的连接,9,,图3.3 三相电源的星形连接,3.1 三相交流电源,10,根据 ，可得线电压与相电压的关系为： uUV=uU-uV uVW=uV-uW uWU=uW-uU （3.2） 用相量表示为：相电压、线电压的相量图如图3.4所示由于eU、eV、eW是对称的，所以相电压、线电压也是对称的线电压在相位上超前相应两个相电压中的先行相30°，如uUV超前uU30°线电压的有效值是相电压的有效值的 倍，记作,,,,,,,（3.3）,3.1 三相交流电源,11,可见，采用三相四线制，可供给用户两种不同的电压，这种连接常用于低压供电系统中，其相电压为220V，线电压为220 V，即380V，习惯上写成380/220V。

在三相供电线路中，电源的额定电压，一般都是指线电压的有效值图3.4 三相电源星形连接的相量图,3.1 三相交流电源,12,3.1.2.2 三角形连接 如图3.5所示，将电源的三相绕组的始、末端依次相连接，再从三个连接点引出三根端线，这就是三相电源的三角形连接 三相电源作三角形连接时，线电压等于相电压，即：UL=UP （3.5） 发电机绕组很少用三角形接法，但作为三相电源用的三相变压器绕组，星形和三角形两种接法都会用到图3.5 三相电源的三角形连接,3.1 三相交流电源,13,交流电路中的用电设备可以分为两大类一类是需接在三相电源上才能正常工作的三相用电设备，叫三相负载，例如三相异步电动机，这类负载多为对称三相负载，即每相负载的阻抗值和阻抗角相等；另一类是只需接在单相电源上的单相用电设备，叫单相负载，例如照明灯、电风扇等，它们可以按照需要接在三相电源的任一相电压或线电压上由单相负载所组成的三相负载，由于各相负载的阻抗值和阻抗角都不一定相等，因此，一般是不对称的三相负载 与三相电源一样，三相负载的连接方式，也有星形（Y）和三角形（△）两种3.2 三相负载的连接,3.2 三相负载的连接,14,三相电源一般是对称的。

负载接入电源时要遵循两个原则：电源电压应与负载的额定电压一致，全部负载要均匀地分配给三相电源三相负载作星形连接时，如果负载不对称，一定要接成三相四线制，如图3.6所示图中三相负载Zu、Zv、Zw分别接于电源各端线与中线之间，三相负载的公共点用N′表示，称为负载中点N′与电源中点N的连线称为中线3.2.1 三相负载的星形连接,图3.6 负载的星形连接,3.2 三相负载的连接,15,3.2 三相负载的连接,16,（3.6）,3.2 三相负载的连接,17,负载星形联接时，相量图如图3-7所示图3.7 负载星形连接时的相量图 (a) 负载不对称；(b) 负载对称,3.2 三相负载的连接,18,图3.8,3.2 三相负载的连接,19,图3.8 例3.1的图,图3.9 例3.1的相量图,3.2 三相负载的连接,20,将三相负载Zuv、Zvw、Zwu接成三角形后与电源相连，如图3.10所示，就构成三角形连接的三相三线制电路 负载作三角形连接时，电路具有以下特点： ① 由于各相负载分别接在电源的两根端线之间，所以负载的相电压等于电源的线电压3.2.2 三相负载的三角形连接,,,,,,,图3.10 负载的三角形连接,3.2 三相负载的连接,21,② 各相电流可以由三个单相电路分别计算，得：各相负载的相电压与相电流的相位差等于各相负载的阻抗角。

如果负载对称，则流过对称三相负载的相电流也是对称的此时，只要计算其中一相即可3.8）,3.2 三相负载的连接,22,负载三角形连接时相量图如图3.11所示图3-11 负载三角形 联接时的相量图 （a） 负载不对称；（b） 负载对称,3.2 三相负载的连接,23,在三相交流电路中，无论负载采取什么样的连接方式，三相负载消耗的总有功功率等于各相负载消耗的有功功率之和，总无功功率都等于各相负载无功功率之和 负载作Y连接时：,3.3 三相电路的功率,,,,,,,3.3 三相电路的功率,24,负载作△连接时：上述式中，电压、电流和功率因数分别为各相负载上的相电压、相电流与功率因数 负载对称时，由于每相负载的相电压、相电流与功率因数大小相等，上述式子可简写为：,,,,,,,,,,,,,(3.10),(3.11),(3.12),3.3 三相电路的功率,25,由于对称负载Y联接时， ， ；负载△联接时， ， 因此，不论对称负载是Y形还是△形联接，将上述关系代入式(3.10)、式(3.11)和式(3.12)均可得到：采用需要系数法进行电力负荷计算时，课题2中的公式(2-41)～ (2-43)不变，公式(2-44)改为：,,,,,,,,,,,,,(3.16),(3.15),(3.14),(3.13),3.3 三相电路的功率,26,式中 ——视在计算负荷，单位为VA。

——计算电流，单位为A——额定线电压，一般无特殊说明时是380V 单相用电设备接在三相线路上，应尽可能地均衡分配，使三相负荷尽可能平衡对于接在三相线路的相电压的单相用电设备，均匀分配时，就以任一相有功计算负荷的三倍作为三相有功计算负荷；非均匀分配时，则以最大有功负荷相的有功计算负荷的三倍作为三相有功计算负荷 例3.2 有一三相电动机，每相定子绕组的R＝6Ω，XL=8Ω，电源电压为380V试求电动机作星形连接和三角形连接时的总的有功功率、无功功率、视在功率3.3 三相电路的功率,27,3.3 三相电路的功率,28,本章小结 三相交流电源的三相电压是对称的，即大小相等，频率相同，相位互差120° 三相交流电源一般接成星形，可以三相四线制供电，也可以三相三线制供电在三相四线制供电系统中，线电压是相电压的 倍，且在相位上超前于相应两个相电压中的先行相30° 三相负载可以接成星形或三角形，由电源电压的数值和负载的额定电压来决定单相负载的额定电压大多等于电源的相电压，应该接在端线与中线之间三相电路中接入单相负载后一般是不对称的，因此必须有中线小 结,29,三相对称电路的计算可归结到一相进行，在求得一相的电压和电流后，再根据对称关系得出其他两相的结果。

计算三相对称电路时要注意：星形连接时， ，；三角形连接时， ， 三相对称电路的功率 ， ，式中 是相电压与相电流的相位差角，亦即每相负载的阻抗角或功率因数角小 结,30,电工与电子技术,Thank You!,。