電路基礎(chǔ)及應(yīng)用第6章-三相電路課件

1、 第6章 三相電路學(xué)習(xí)導(dǎo)言一維線，二維面，三維空間；一生二，二生三，三生萬物。除了單相正弦交流電應(yīng)用廣泛外，工業(yè)和城鄉(xiāng)供電系統(tǒng)中還廣泛應(yīng)用三相交流電。 第6章 三相電路學(xué)習(xí)導(dǎo)言一維線，二維面，三維空間；知識(shí)點(diǎn)睛學(xué)習(xí)本章，要掌握的知識(shí)點(diǎn)是： 三相電源 三相三線制和三相四線制 形負(fù)載和Y形負(fù)載 相序測(cè)定和用電安全知識(shí) 知識(shí)點(diǎn)睛學(xué)習(xí)本章，要掌握的知識(shí)點(diǎn)是： 三相電源 本章目錄6.1 應(yīng)用示例6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.3 三相負(fù)載Y形聯(lián)結(jié)6.4 三相負(fù)載聯(lián)結(jié)6.5 三相電路的功率及測(cè)量本章目錄6.1 應(yīng)用示例6.1 應(yīng)用示例在電力系統(tǒng)中，三相交流電路應(yīng)用非常廣泛。如圖6-1所示，這種電路由三相電

2、源和三相負(fù)載構(gòu)成。 圖6-1 三相電力傳送電路6.1 應(yīng)用示例在電力系統(tǒng)中，三相交流電路應(yīng)用非常廣泛。如圖6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.2.1 對(duì)稱三相電源三相電壓是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。三相發(fā)電機(jī)主要由電樞和磁極構(gòu)成。如圖6-2所示為一對(duì)磁極的三相發(fā)電機(jī)原理圖。圖6-2 三相發(fā)電機(jī)原理圖6.2 三相電源的產(chǎn)生與聯(lián)結(jié)6.2.1 對(duì)稱三相電源三相電壓當(dāng)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，每相繞組依次切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這樣，我們就得到三個(gè)頻率相同、振幅相同、相位彼此相差120o的對(duì)稱三相電壓。如下所示它們對(duì)應(yīng)的有效值相量為當(dāng)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，每相繞組依次切割磁力線，產(chǎn)生感又由于所以

3、事實(shí)上，這三相電壓的瞬時(shí)值之和也為零，即又由于所以事實(shí)上，這三相電壓的瞬時(shí)值之和也為零，即三相電源的相量圖和波形圖如圖6-3所示。圖6-2 三相電源的相量圖和波形圖三相發(fā)電機(jī)各繞組中電壓達(dá)到零值(或極大值)的次序稱為相序。在圖6-2中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，先是A相電壓uA達(dá)到零值，其次是B相電壓uB，最后是C相電壓uC，這樣的相序(ABC)稱為順序。若三相電源的相序?yàn)锳CB，則稱為逆序。一般發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)相序確定以后就不再改變。三相電源的相量圖和波形圖如圖6-3所示。圖6-2 三相電源6.2.2 三相電源Y形接法和接法如圖6-4所示，如果把定子繞組的末端X、Y、Z聯(lián)結(jié)在一起成為公共點(diǎn)N，稱為中

4、性點(diǎn)。從中性點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線。從三相電源的首端A、B、C分別引出輸電線與負(fù)載相連，這三根線稱為相線（俗稱火線），也稱端線。這樣組成的三相電源就是星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源。圖6-4 星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源6.2.2 三相電源Y形接法和接法如圖6-4所示，如果把定相線與中性線之間的電壓（如 ）稱為相電壓。 各端線之間的電壓（如 ）稱為線電壓。若三相電壓大小相等，記為UP，則相線與中性線之間的電壓（如 ）稱為相電壓。 各端線之間的電壓從而三相線電壓可見，在星形聯(lián)結(jié)時(shí)，若相電壓對(duì)稱，則線電壓也對(duì)稱。若用UL表示線電壓有效值的大小，則從而三相線電壓可見，在星形聯(lián)結(jié)時(shí)，若相電壓對(duì)稱，則線電壓也

5、對(duì)三個(gè)線電壓大小相等，相位互差120o。若相電壓為220V，則線電壓為380V。各相電壓和線電壓的相量圖如圖6-5所示。 圖6-5 星形（Y形）聯(lián)結(jié)的三相電源相電壓與線電壓相量圖三個(gè)線電壓大小相等，相位互差120o。若相電壓為220V，則所以星形聯(lián)結(jié)的三相電源線電壓是相電壓的 倍，相位超前相應(yīng)的相電壓30o。即所以星形聯(lián)結(jié)的三相電源線電壓是相電壓的 倍，相位超前相應(yīng)的如果把定子繞組的首尾順序連接，從各連接點(diǎn)A、B、C分別引出相線，這樣就構(gòu)成了三角形（ 形）聯(lián)結(jié)的三相電源，如圖6-6所示。顯然，這種接法沒有中性點(diǎn)，線電壓等于相電壓。即UL=UP圖6-6 三角形（形）聯(lián)結(jié)的三相電源 如果把定子繞組

6、的首尾順序連接，從各連接點(diǎn)A、B、C分別引出相6.3 三相負(fù)載Y形聯(lián)結(jié)在三相供電系統(tǒng)中，三相負(fù)載也有星形（Y形）和三角形（形）兩種聯(lián)結(jié)形式。先說明Y形聯(lián)結(jié)的情況。如圖6-7所示為三相四線制電路。其中，N為Y形聯(lián)結(jié)電源的中性點(diǎn)，N為負(fù)載的中性點(diǎn)。 圖6-7 三相四線制電路6.3 三相負(fù)載Y形聯(lián)結(jié)在三相供電系統(tǒng)中，三相負(fù)載也有星形（以N為參考點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)電壓法，得 各相端線上的電流為以N為參考點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)電壓法，得 各相端線上的電流為如果三相負(fù)載是對(duì)稱的，即 ，又因?yàn)槿嚯娫词菍?duì)稱的，即所以中性線兩端電壓和中性線電流分別為三相電路中，流過各相負(fù)載的電流稱為相電流，流過各相端線的電流稱為線電流。很顯然，

7、Y形聯(lián)結(jié)電路線電流等于相電流，若線電流用 IL表示，相電流用 IP表示，則 如果三相負(fù)載是對(duì)稱的，即 ，又因?yàn)槿嚯娫词菍?duì)稱的，即所以中例6-1 如圖6-8所示電路，設(shè)線電壓為380V，每相電壓Up=220V，三相負(fù)載分別為這時(shí)三相負(fù)載不對(duì)稱。 。（1）試求各相電流和中性線電流；（2）當(dāng)中性線斷開時(shí)，求NN間電壓；（3）A相短路，中性線斷開時(shí)，求負(fù)載各相電壓。 圖6-8 例6-1圖例6-1 如圖6-8所示電路，設(shè)線電壓為380V，每相電解 （1）設(shè) ，則各相負(fù)載電流 故中線電流為解 （1）設(shè) ，則各相負(fù)載電流 故中線電流為（2）中性線斷開時(shí)，由節(jié)點(diǎn)電壓法，NN間電壓（3）此時(shí)，N為A點(diǎn)，故負(fù)載

8、各相電壓為可見，B相和C相的負(fù)載承受的電壓都超過額定的220V，這是不允許的。同時(shí)，我們注意到，中性線可以使星形聯(lián)結(jié)的不對(duì)稱負(fù)載的相電壓對(duì)稱。所以，為了保證負(fù)載的相電壓對(duì)稱，不能讓中性線斷開。 （2）中性線斷開時(shí)，由節(jié)點(diǎn)電壓法，NN間電壓（3）此時(shí)，N6.4 三相負(fù)載形聯(lián)結(jié)負(fù)載以三角形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖6-9所示。這是一種三相三線制接法。各相負(fù)載的相電壓就等于電源線電壓，即圖6-9 負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路6.4 三相負(fù)載形聯(lián)結(jié)負(fù)載以三角形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖6-9各相負(fù)載的相電流為各線電流為各相負(fù)載的相電流為各線電流為當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即 ，相電流和線電流也是對(duì)稱的。分析可得線電流的有效值大小為線

9、電流和相電流的大小、相位關(guān)系為所以，線電流滯后對(duì)應(yīng)相電流30o，線電流有效值大小是相電流的倍。 當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即 ，相電流和線電流也是對(duì)稱的。分析可得線電流例6-2 如圖6-11所示電路，三角形接法的三相對(duì)稱負(fù)載接于線電壓有效值的三相電源上，負(fù)載每相電阻 感抗 。試求負(fù)載的相電壓、相電流及線電流。圖6-11 例6-2圖例6-2 如圖6-11所示電路，三角形接法的三相對(duì)稱負(fù)載解 以A相負(fù)載的相電壓作為參考相量，負(fù)載的相電壓分別為負(fù)載的阻抗為則負(fù)載的相電流分別是解 以A相負(fù)載的相電壓作為參考相量，負(fù)載的相電壓分別為負(fù)載的負(fù)載的線電流分別是所以各電壓、電流的大小關(guān)系為負(fù)載的線電流分別是所以各電壓、電

10、流的大小關(guān)系為6.5 三相電路的功率及測(cè)量6.5.1 三相電路的功率三相電路的平均功率等于各相平均功率之和，即式中， 、分別是A、B、C各相相電壓和相電流的相位差。 當(dāng)負(fù)載是對(duì)稱時(shí)，由于三相總功率為 6.5 三相電路的功率及測(cè)量6.5.1 三相電路的功率三相電當(dāng)對(duì)稱負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí)當(dāng)對(duì)稱負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)不論三相對(duì)稱負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，我們總能得到用線電壓和線電流表示的三相功率表達(dá)式上式中的 角仍然是相電壓和相電流之間的相位差。 當(dāng)對(duì)稱負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí)當(dāng)對(duì)稱負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)不論三相對(duì)稱負(fù)例6-3 如圖6-12所示三相星形連接的負(fù)載，每相負(fù)載 三相線電壓有效值為380 V，試求各相電

11、流和負(fù)載吸收的功率。圖6-12 例6-3圖解 因三相電路對(duì)稱，故相電壓例6-3 如圖6-12所示三相星形連接的負(fù)載，每相負(fù)載 設(shè)A相電壓初相為 ，于是 A相的電流B相、C相電流大小與A相相等，相位互差120o，即各負(fù)載阻抗角為 ，故 。負(fù)載吸收的功率 設(shè)A相電壓初相為 ，于是 A相的電流B相、C相電流大小與A相6.5.2 三相電路的功率測(cè)量對(duì)于三相四線制的星形聯(lián)結(jié)電路，我們常采用三只單相瓦特表進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方法叫做三瓦計(jì)法或者三表法。如圖6-13所示。瓦特表W1、W2、W3分別測(cè)量A、B、C三相的平均功率PA、PB、PC，則總功率為圖6-13 三表法測(cè)量功率電路6.5.2 三相電路的功率測(cè)

12、量對(duì)于三相四線制的星形聯(lián)結(jié)電路，對(duì)于三相三線制電路，通常用兩只瓦特表測(cè)量功率，稱為二瓦計(jì)法或者二表法。如圖6-14所示，功率表W1和W2的測(cè)量值分別是PA和PB。三相電路的總功率等于PA和PB的代數(shù)和。其中， 是 和 的相位差角， 是 和 的相位差角。 圖6-14 二表法測(cè)量功率電路 對(duì)于三相三線制電路，通常用兩只瓦特表測(cè)量功率，稱為二瓦計(jì)法或應(yīng)用實(shí)例6-1 安全用電 在低壓配電系統(tǒng)中采用的保護(hù)措施有兩種。當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)，采用接地保護(hù)。當(dāng)?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)變壓器中性點(diǎn)接地時(shí)，采用接零保護(hù)。接地保護(hù)是為了防止觸電事故而裝設(shè)的接地。如電氣設(shè)備不帶電的金屬外殼、支架及其與之相連的金屬部

13、分的接地就屬于保護(hù)接地。 接零保護(hù)是在中性點(diǎn)接地的三相四線制電網(wǎng)中電氣設(shè)備采用的保護(hù)方法。 應(yīng)用實(shí)例6-1 安全用電 在低壓配電系統(tǒng)中采用的保護(hù)措家用電器一般采用三腳插頭和三眼插座。三眼插座的正確接法如圖6-15所示。圖6-15 三眼插座的正確接法家用電器一般采用三腳插頭和三眼插座。三眼插座的正確接法如圖66-2 相序測(cè)定交換電源的相序可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。三相電源的相序測(cè)定可根據(jù)中性點(diǎn)偏移的原理來測(cè)定。 圖6-16 相序測(cè)定電路 測(cè)定相序的電路如圖6-16所示。先在A相中接入一個(gè)電容C=1F，B、C兩相分別接入一個(gè)參數(shù)為220V、40W的白熾燈泡。根據(jù)理論分析，燈較亮的一相應(yīng)為B相， B

14、相電壓高于C相電壓，燈泡暗的一相為C相，它的相位滯后燈泡亮的B相，B相又滯后接電容的A相。這就測(cè)定了相序。6-2 相序測(cè)定交換電源的相序可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。三相6-3 民用住宅供電系統(tǒng)一般來說，住宅供電系統(tǒng)的任務(wù)是從電源通過電力網(wǎng)絡(luò)合理地分配給各用電設(shè)備，如圖6-17所示。 圖6-17 民用住宅供電系統(tǒng)6-3 民用住宅供電系統(tǒng)一般來說，住宅供電系統(tǒng)的任務(wù)是從電源下面，我們簡(jiǎn)單介紹諧波對(duì)電網(wǎng)的危害。 在電力、電子系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生正弦量的諧波信號(hào)。所謂諧波，是一個(gè)周期電量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。例如，市電頻率為50 Hz，以此為基波，則2次諧波為100 Hz , 3次諧波為1

15、50 Hz，以此類推。由于諧波頻率高于基波頻率，故常稱為高次諧波。很多設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、冶煉電弧爐、微波爐、變頻裝置、大容量晶閘管整流設(shè)備等都會(huì)在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生高次諧波，使電流波形畸變。 下面，我們簡(jiǎn)單介紹諧波對(duì)電網(wǎng)的危害。 在電力、電子系統(tǒng)中經(jīng)常諧波對(duì)用電設(shè)備的危害主要有以下幾種。 (1)對(duì)電機(jī)的影響。高次諧波成分會(huì)使電機(jī)的鐵心和繞組產(chǎn)生的附加損耗增加。 (2)對(duì)變壓器的影響。諧波電流會(huì)使變壓器的銅耗增加，使繞組過熱。 (3)對(duì)輸電線路的影響。諧波電流會(huì)使輸電線路的附加損耗增加。 (4)對(duì)電力電容器的影響。諧波電壓升高，會(huì)使電容器的損耗增大，加速電容器的老化，從而發(fā)生故障，或者使電容器過載、過電壓而不能正常工作。抑制諧波的措施，主要是在諧