電路 邱關源第五版課件第十二章.ppt

第12章三相電路,本章重點,重點,1.三相電路的基本概念,2.對稱三相電路的分析,3.不對稱三相電路的概念,4.三相電路的功率,返回,三相電路由三相電源、三相負載和三相輸電線路三部分組成。,發(fā)電方面：比單項電源可提高功率50；,輸電方面：比單項輸電節(jié)省鋼材25；,12.1三相電路,三相電路的優(yōu)點,下頁,上頁,返回,三相電路的特殊性,（1）特殊的電源,（2）特殊的負載,（3）特殊的連接,（4）特殊的求解方式,以上優(yōu)點使三相電路在動力方面獲得了廣泛應用，是目前電力系統(tǒng)采用的主要供電方式。,研究三相電路要注意其特殊性。,下頁,上頁,返回,1.對稱三相電源的產(chǎn)生,通常由三相同步發(fā)電機產(chǎn)生，三相繞組在空間互差120，當轉子以均勻角速度轉動時，在三相繞組中產(chǎn)生感應電壓，從而形成對稱三相電源。,三相同步發(fā)電機示意圖,三相電源是三個頻率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦電源。,下頁,上頁,返回,下頁,上頁,返回,瞬時值表達式,波形圖,A、B、C三端稱為始端，X、Y、Z三端稱為末端。,下頁,上頁,返回,相量表示,對稱三相電源的特點,下頁,上頁,返回,正序(順序)：ABCA,負序(逆序)：ACBA,相序的實際意義：,以后如果不加說明，一般都認為是正相序。,正轉,反轉,三相電源各相經(jīng)過同一值(如最大值)的先后順序。,對稱三相電源的相序,三相電機,下頁,上頁,返回,2.三相電源的聯(lián)接,X,Y,Z接在一起的點稱為Y聯(lián)接對稱三相電源的中性點，用N表示。,（1）星形聯(lián)接(Y聯(lián)接),下頁,上頁,返回,（2）三角形聯(lián)接(聯(lián)接),三角形聯(lián)接的對稱三相電源沒有中點。,注意,下頁,上頁,返回,3.三相負載及其聯(lián)接,(1)星形聯(lián)接,稱三相對稱負載,三相電路的負載由三部分組成，其中每一部分稱為一相負載，三相負載也有二種聯(lián)接方式。,下頁,上頁,返回,(2)三角形聯(lián)接,稱三相對稱負載,下頁,上頁,返回,4.三相電路,三相電路就是由對稱三相電源和三相負載聯(lián)接起來所組成的系統(tǒng)。工程上根據(jù)實際需要可以組成：,當電源和負載都對稱時，稱為對稱三相電路。,注意,下頁,上頁,返回,三相四線制,三相三線制,下頁,上頁,返回,1.名詞介紹,端線(火線)：始端A,B,C三端引出線。,中線：中性點N引出線，連接無中線。,12.2線電壓(電流)與相電壓(電流)的關系,下頁,上頁,返回,相電壓：每相電源的電壓。,線電壓：端線與端線之間的電壓。,線電流：流過端線的電流。,下頁,上頁,返回,負載的相電壓：每相負載上的電壓。,負載的線電壓：負載端線間的電壓。,線電流：流過端線的電流。,相電流：流過每相負載的電流。,下頁,上頁,返回,Y聯(lián)接,2.相電壓和線電壓的關系,下頁,上頁,返回,利用相量圖得到相電壓和線電壓之間的關系：,線電壓對稱(大小相等，相位互差120o),一般表示為：,下頁,上頁,返回,對Y聯(lián)接的對稱三相電源,所謂的“對應”：對應相電壓用線電壓的第一個下標字母標出。,(1)相電壓對稱，則線電壓也對稱,(3)線電壓相位領先對應相電壓30o。,結論,下頁,上頁,返回,聯(lián)接,線電壓等于對應的相電壓,以上關于線電壓和相電壓的關系也適用于對稱星型負載和三角型負載。,注意,下頁,上頁,返回,聯(lián)接電源始端末端要依次相連。,正確接法,錯誤接法,I=0電源中不會產(chǎn)生環(huán)流,I0電源中將會產(chǎn)生環(huán)流,下頁,上頁,返回,2.相電流和線電流的關系,Y聯(lián)接時，線電流等于相電流。,Y聯(lián)接,結論,下頁,上頁,返回,結論,聯(lián)接的對稱電路：,(2)線電流相位滯后對應相電流30o。,聯(lián)接,下頁,上頁,返回,12.3對稱三相電路的計算,對稱三相電路由于電源對稱、負載對稱、線路對稱，因而可以引入一特殊的計算方法。,1.YY聯(lián)接(三相三線制）,下頁,上頁,返回,以N點為參考點，對N點列寫結點方程：,下頁,上頁,返回,負載側相電壓：,因N，N兩點等電位，可將其短路，且其中電流為零。這樣便可將三相電路的計算化為單相電路的計算。,也為對稱電壓,結論,下頁,上頁,返回,計算電流：,為對稱電流,電源中點與負載中點等電位。有無中線對電路情況沒有影響。,對稱情況下，各相電壓、電流都是對稱的，可采用一相（A相）等效電路計算。其它兩相的電壓、電流可按對稱關系直接寫出。,結論,下頁,上頁,返回,Y形聯(lián)接的對稱三相負載，根據(jù)相、線電壓、電流的關系得：,2.Y聯(lián)接,解法1,負載上相電壓與線電壓相等：,下頁,上頁,返回,相電流：,線電流：,下頁,上頁,返回,負載上相電壓與線電壓相等，且對稱。,線電流與相電流對稱。線電流是相電流的倍，相位落后相應相電流30。,根據(jù)一相的計算結果，由對稱性可得到其余兩相結果。,解法2,結論,下頁,上頁,返回,利用計算相電流的一相等效電路。,解法3,下頁,上頁,返回,3.電源為聯(lián)接時的對稱三相電路的計算,將電源用Y電源替代，保證其線電壓相等。,下頁,上頁,返回,例,下頁,上頁,返回,(1)將所有三相電源、負載都化為等值YY接電路；,(2)連接負載和電源中點，中線上若有阻抗可不計；,(3)畫出單相計算電路，求出一相的電壓、電流：,(4)根據(jù)接、Y接時線量、相量之間的關系，求出原電路的電流電壓。,(5)由對稱性，得出其它兩相的電壓、電流。,對稱三相電路的一般計算方法:,一相電路中的電壓為Y接時的相電壓。,一相電路中的電流為線電流。,小結,下頁,上頁,返回,例1,解,畫出一相計算圖,下頁,上頁,返回,下頁,上頁,返回,例2,對稱三相負載分別接成Y和型。求線電流。,解,應用：Y降壓起動。,下頁,上頁,返回,例3,對稱三相電路，電源線電壓為380V，|Z1|=10，cos1=0.6(感性)，Z2=j50，ZN=1+j2。,求：線電流、相電流，畫出相量圖(以A相為例)。,解,畫出一相計算圖,下頁,上頁,返回,根據(jù)對稱性，得B、C相的線電流、相電流：,下頁,上頁,返回,由此可以畫出相量圖：,下頁,上頁,返回,例4,消去互感，進行Y變換，取A相計算電路,解,下頁,上頁,返回,負載化為Y接。,根據(jù)對稱性，中性電阻Zn短路。,下頁,上頁,返回,電源不對稱（不對稱程度小，系統(tǒng)保證其對稱)。,電路參數(shù)(負載)不對稱情況很多。,電源對稱，負載不對稱(低壓電力網(wǎng))。,分析方法,不對稱,復雜交流電路分析方法。,主要了解：中性點位移。,12.4不對稱三相電路的概念,討論對象,下頁,上頁,返回,負載各相電壓：,三相負載Za、Zb、Zc不相同。,下頁,上頁,返回,負載中點與電源中點不重合。,在電源對稱情況下，可以根據(jù)中點位移的情況來判斷負載端不對稱的程度。當中點位移較大時，會造成負載相電壓嚴重不對稱，使負載的工作狀態(tài)不正常。,相量圖,中性點位移,注意,下頁,上頁,返回,例1,(1)正常情況下，三相四線制，中線阻抗約為零。,每相負載的工作情況相對獨立。,(2)若三相三線制,設A相斷路(三相不對稱),燈泡電壓低，燈光昏暗。,照明電路：,下頁,上頁,返回,(3)A相短路,超過燈泡的額定電壓，燈泡可能燒壞。,計算短路電流：,短路電流是正常時電流的3倍,注意,下頁,上頁,返回,要消除或減少中點的位移，盡量減少中線阻抗，然而從經(jīng)濟的觀點來看，中線不可能做得很粗，應適當調整負載，使其接近對稱情況。,結論,負載不對稱，電源中性點和負載中性點不等位，中線中有電流，各相電壓、電流不存在對稱關系；,中線不裝保險，并且中線較粗。一是減少損耗，二是加強強度(中線一旦斷了，負載不能正常工作)。,下頁,上頁,返回,圖示為相序儀電路。說明測相序的方法,解,例2,應用戴維寧定理,當C變化時，N在半圓上移動,下頁,上頁,返回,若以接電容一相為A相，則B相電壓比C相電壓高。B相燈較亮，C相較暗(正序)。據(jù)此可測定三相電源的相序。,三相電源的相量圖,電容斷路，N在CB線中點,電容變化，N在半圓上運動，因此總滿足：,下頁,上頁,返回,例3,如圖電路中，電源三相對稱。當開關S閉合時，電流表的讀數(shù)均為5A。,求：開關S打開后各電流表的讀數(shù)。,解,開關S打開后，表A2的電流數(shù)與負載對稱時相同。而表A1和表A3的電流數(shù)等于負載對稱時的相電流。,下頁,上頁,返回,1.對稱三相電路功率的計算,12.5三相電路的功率,Pp=UpIpcos,三相總功率：P=3Pp=3UpIpcos,平均功率,下頁,上頁,返回,(1)為相電壓與相電流的相位差(阻抗角)，不要誤以為是線電壓與線電流的相位差。,(2)cos為每相的功率因數(shù)，在對稱三相制中有cosA=cosB=cosC=cos。,(3)公式計算電源發(fā)出的功率(或負載吸收的功率)。,注意,下頁,上頁,返回,例1,已知對稱三相電路線電壓Ul，問負載接成Y和各從電網(wǎng)獲取多少功率？,解,結論,(1)當負載由Y改接成時，若線電壓不變，則由于相電壓與相電流增大倍，所以功率增大3倍。,(2)若負載的相電壓不變，則不論怎樣連接其功率不變。,下頁,上頁,返回,無功功率,Q=QA+QB+QC=3Qp,視在功率,2）這里的，P、Q、S都是指三相總和。,1）功率因數(shù)也可定義為：cos=P/S,注意,3）不對稱時無意義,下頁,上頁,返回,對稱三相負載的瞬時功率,下頁,上頁,返回,單相：瞬時功率脈動,三相：瞬時功率恒定,電動機轉矩:mp可以得到均衡的機械力矩。避免了機械振動。,下頁,上頁,返回,2.三相功率的測量,三表法,若負載對稱，則需一塊表，讀數(shù)乘以3。,三相四線制,下頁,上頁,返回,二表法,測量線路的接法是將兩個功率表的電流線圈串到任意兩相中，電壓線圈的同名端接到其電流線圈所串的線上，電壓線圈的非同名端接到另一相沒有串功率表的線上。（有三種接線方式）,三相三線制,注意,下頁,上頁,返回,若W1的讀數(shù)為P1,W2的讀數(shù)為P2，則三相總功率為：,P=P1+P2,下頁,上頁,返回,證明：,因負載可以變?yōu)閅，故上述結論仍成立。,p=uANiA+uBNiB+uCNiC,iA+iB+iC=0iC=(iA+iB),p=(uANuCN)iA+(uBNuCN)iB=uACiA+uBCiB,1:uAC與iA的相位差，2是uBC與iB的相位差。,設負載是Y型聯(lián)接,注意,下頁,上頁,返回,只有在三相三線制條件下，才能用二表法，且不論負載對稱與否。,3.按正確極性接線時，若出現(xiàn)一個表指針反轉即讀數(shù)為負，將其電流線圈極性反接使指針指向正數(shù)，但此時讀數(shù)應記為負值。,兩表讀數(shù)的代數(shù)和為三相總功率，單塊表的讀數(shù)無意義。,4.負載對稱情況下，有：,注意,下頁,上頁,返回,由相量圖分析：,假設負載為感性，相電流(即線電流)落后相電壓j。,P=P1+P2=UACIAcos1+UBCIBcos2=UlIlcos1+UlIlcos2,1=302=+30,下頁,上頁,返回,所以,P1=UlIlcos1=UlIlcos(30)P2=UlIlcos2=UlIlcos(+30),下頁,上頁,返回,求：(1)線電流和電源發(fā)出的總功率；(2)用兩表法測三相負載的功率，畫接線圖求兩表讀數(shù)。,解,例1,已知Ul=380V，Z1=30+j40，電動機P=1700W，cosj=0.8(感性)。,(1),下頁,上頁,返回,電動機負載：