第3章-3相正弦交流電路

1、第3章-3相正弦交流電路電能的產(chǎn)生、傳輸和分配大多采用的是三相正弦交流電形式。由三相正弦交流電源供電的電路稱為三相電路。與上一章介紹的單相正弦交流電路相比，三相電路具有輸電經(jīng)濟(jì)、三相電機(jī)性能好、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本章主要討論三相正弦交流電源的聯(lián)接、負(fù)載的聯(lián)結(jié)、三相電路的分析以及三相電路的功率問題。3.1 三相電壓W1U2V1U1V2SN+_+W2 圖3.1.1 三相交流發(fā)電機(jī)示意圖3.1 三相電壓1. 三相電壓的產(chǎn)生工作原理：動(dòng)磁生電+_eeU1U2 圖3.1.2 三相繞組示意圖圖3.1.3 每相電樞繞組定子轉(zhuǎn)子(尾端)+e1e2e3U1(首端)+ U2V2V1W1W2三相電壓瞬時(shí)表示式相

2、量表示鐵心（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）三相繞組匝數(shù)相同空間排列互差120: 直流勵(lì)磁的電磁鐵定子轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相量圖波形圖相量表示UvUu . .120120120Uw .三相電壓瞬時(shí)表示式uOuuuvuw2120240360對稱三相電動(dòng)勢的瞬時(shí)值之和為 0三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱為相序。最大值相等頻率相同相位互差120稱為對稱三相電動(dòng)勢三個(gè)正弦交流電動(dòng)勢滿足以下特征供電系統(tǒng)三相交流電的相序?yàn)?L1 L2 L3 N B CANU1V1W12. 三相電源的星形聯(lián)結(jié)(1) 聯(lián)接方式中性線(零線、地線)中性點(diǎn)端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點(diǎn)通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機(jī)每相繞組

3、）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓 Up Ul+(2)線電壓與相電壓的關(guān)系根據(jù)KVL定律由相量圖可得相量圖 30L1NL2L3+同理3. 三相電源的三角形聯(lián)結(jié)+BAC3.2 負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路1. 三相負(fù)載三相負(fù)載不對稱三相負(fù)載： 不滿足 ZA =ZB = ZC 如由單相負(fù)載組成的三相負(fù)載對稱三相負(fù)載：ZA=ZB= ZC 如三相電動(dòng)機(jī)分類單相負(fù)載：只需一相電源供電 照明負(fù)載、家用電器負(fù)載三相負(fù)載：需三相電源同時(shí)供電 三相電動(dòng)機(jī)等三相負(fù)載的聯(lián)接 三相負(fù)載也有 Y和 兩種接法，至于采用哪種方法 ，要根據(jù)負(fù)載的額定電壓和電源電壓確定。三相負(fù)載連接原則 (1) 電源提供的電壓=負(fù)載的額定電壓； (

4、2) 單相負(fù)載盡量均衡地分配到三相電源上。AB電源C保險(xiǎn)絲三相四線制380/220伏N 額定相電壓為220伏的單相負(fù)載 額定線電壓為380伏的三相負(fù)載+NN+ZAZBZC 2. 負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路線電流：流過端線的電流相電流：流過每相負(fù)載的電流結(jié)論： 負(fù)載 Y聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流。Y: 三相三線制Y0：三相四線制(1) 聯(lián)結(jié)形式N 電源中性點(diǎn)N負(fù)載中性點(diǎn)(2) 負(fù)載Y聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算1)負(fù)載端的線電壓電源線電壓2)負(fù)載的相電壓電源相電壓3)線電流相電流Y 聯(lián)結(jié)時(shí)：4)中線電流負(fù)載 Y 聯(lián)結(jié)帶中性線時(shí), 可將各相分別看作單相電路計(jì)算+NN+ZAZBZC+NN+ZAZBZC負(fù)載對稱時(shí),中

5、性線無電流,可省掉中性線。(3)對稱負(fù)載Y 聯(lián)結(jié)三相電路的計(jì)算所以負(fù)載對稱時(shí)，三相電流也對稱。 負(fù)載對稱時(shí)，只需計(jì)算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對稱性直接寫出。例1：燈組，若RA=RB= RC = 5 ，求線電流及中性線電流IN ; 若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求線電流及中性線電流 IN 。 一星形聯(lián)結(jié)的三相電路，電源電壓對稱。設(shè)電源線電壓 。負(fù)載為電N+NRARBRCABC中性線電流解：已知：(1) 線電流 三相對稱N+NRARBRCABC(2) 三相負(fù)載不對稱（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分別計(jì)算各線電流中性線電流例2：照明系統(tǒng)故障分析解: (1) A相短路

6、1) 中性線未斷 此時(shí) L1 相短路電流很大, 將L1相熔斷絲熔斷, 而 L2 相和 L3 相未受影響，其相電壓仍為220V, 正常工作。 在上例中，試分析下列情況 (1) L1相短路: 中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓； 中性線斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。 (2) L1相斷路: 中性線未斷時(shí)，求各相負(fù)載電壓； 中性線斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。 R1R3R2L1L2NL3N L1L2NL3Ni1i3i2+ 此情況下，L2相和L3相的電燈組由于承受電壓上所加的電壓都超過額定電壓(220V) ，這是不允許的。 2) L1相短路, 中性線斷開時(shí), 此時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)N即為L1, 因此負(fù)載各相電壓為 (2) L1相

7、斷路 2) 中性線斷開 L2 、 L3相燈仍承受220V電壓, 正常工作。1) 中性線未斷變?yōu)閱蜗嚯娐?，如圖(b)所示, 由圖可求得iL2L3u2u3+(b) R1R3R2L1L2NL3N結(jié)論 （1）不對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)又未接中性線時(shí)，負(fù)載相電壓不再對稱，且負(fù)載電阻越大，負(fù)載承受的電壓越高。 （2） 中線的作用：保證星形聯(lián)結(jié)三相不對稱負(fù)載的相電壓對稱。 （3）照明負(fù)載三相不對稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線（指干線）內(nèi)不允許接熔斷器或刀閘開關(guān)。 例3:求例1電路中性線斷開時(shí)負(fù)載的相電壓及相電流。則節(jié)點(diǎn)電壓負(fù)載電壓NNRBRC.RA+解：設(shè)可見： 1. 不對稱三相負(fù)載做星形聯(lián)結(jié)且無中性線時(shí),

8、 三相負(fù)載的相電壓不對稱。 2. 照明負(fù)載三相不對稱，必須采用三相四線制供電方式，且中性線上不允許接刀閘和熔斷器。 1. 聯(lián)結(jié)形式3.3 負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路線電流: 流過端線的電流相電流: 流過每相負(fù)載的電流 、 、A+BCiAliBliClZCAZABZBC線電流不等于相電流(2) 相電流(1) 負(fù)載相電壓=電源線電壓即: UP = Ul 一般電源線電壓對稱，因此不論負(fù)載是否對稱，負(fù)載相電壓始終對稱, 即2. 分析計(jì)算相電流：線電流： UAB=UBC=UCA=Ul=UPL1+iAliBliClZCAZABZBCL2L3相量圖BCABCA30負(fù)載對稱時(shí), 相電流對稱，即BLCL(3) 線

9、電流由相量圖可求得為此線電流也對稱，即 。 線電流比相應(yīng)的相電流滯后30。BCABCA三相負(fù)載的聯(lián)接原則負(fù)載的額定電壓 = 電源的線電壓應(yīng)作 聯(lián)結(jié)負(fù)載的額定電壓 = 電源線電壓=電源相電壓應(yīng)作 Y 聯(lián)結(jié) 應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無關(guān)。 三相電動(dòng)機(jī)繞組可以聯(lián)結(jié)成星形，也可以聯(lián)結(jié)成三角形，而照明負(fù)載一般都聯(lián)結(jié)成星形(具有中性線)。3.4 三相功率無論負(fù)載為 Y 或聯(lián)結(jié)，每相有功功率都應(yīng)為 Pp= Up Ip cosp對稱負(fù)載 聯(lián)結(jié)時(shí)： 同理對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時(shí)：相電壓與相電流的相位差當(dāng)負(fù)載對稱時(shí)：P = 3Up Ipcosp所以 有一三相電動(dòng)機(jī), 每相的等效電阻R =

10、 29, 等效 感抗XL=21.8, 試求下列兩種情況下電動(dòng)機(jī)的相電流、 線電流以及從電源輸入的功率，并比較所得的結(jié)果： (1) 繞組聯(lián)成星形接于Ul =380 V的三相電源上; (2) 繞組聯(lián)成三角形接于Ul =220 V的三相電源上。例1:解:(1)(2) 比較(1), (2)的結(jié)果: 有的電動(dòng)機(jī)有兩種額定電壓, 如220/380 V。當(dāng)電源電壓為380 V時(shí), 電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成星形；當(dāng)電源電壓為220 V時(shí), 電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)聯(lián)結(jié)成三角形。在三角形和星形兩種聯(lián)結(jié)法中, 相電壓、相電流以及功率都未改變，僅三角形聯(lián)結(jié)情況下的線電流比星形聯(lián)結(jié)情況下的線電流增大 倍。例2:各電阻負(fù)載的相電流 由于三相負(fù)載對稱，所以只需計(jì)算一相，其它兩相可依據(jù)對稱性寫出。L1L2L3 線電壓Ul為380 V的三相電源上，接有兩組對稱三相電源：一組是三角形聯(lián)結(jié)的電感性負(fù)載，每相阻抗