第4章 三相交流電路

第4章三相交流電路4.1三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與三相電源的聯(lián)結(jié)

4.2三相電路負(fù)載的聯(lián)結(jié)

4.3三相電路的功率4.4三相電路的仿真分析

4.1三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與三相電源的聯(lián)結(jié)4.1.1三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

4.1.2三相電源的連接4.1三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與三相電源的聯(lián)結(jié)圖4-1三相交流發(fā)電機(jī)原理圖4.1.1三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生圖4-2三相電動(dòng)勢(shì)的相量圖和波形圖4.1.2三相電源的連接1.三相電源的星形(ㄚ)聯(lián)結(jié)如圖4-3a所示，如果把三相電源的末端U、V、W連接在一起形成一個(gè)公共點(diǎn)N，而從三相電源的首端U、V、W向外引出的三條輸出線，這就構(gòu)成了三相電源的星形(ㄚ)聯(lián)結(jié)。

2.三相電源的三角形(△)聯(lián)結(jié)如果把對(duì)稱三相電源順次相接，即Ｕ２與Ｖ１，Ｖ２與Ｗ1，Ｗ２與Ｕ1，組成一回路，再?gòu)娜齻€(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)引出三條導(dǎo)線向外送電，如圖4-4所示，就構(gòu)成了三相電源的三角形聯(lián)結(jié)。

1.三相電源的星形(ㄚ)聯(lián)結(jié)圖4-3三相電源聯(lián)結(jié)及電壓相量圖1.三相電源的星形(ㄚ)聯(lián)結(jié)1.三相電源的三角形(△)聯(lián)結(jié)圖4-4三相電源的三角形聯(lián)結(jié)2.三相電源的三角形(△)聯(lián)結(jié)。2.三相電源的三角形(△)聯(lián)結(jié)4.2三相電路負(fù)載的聯(lián)結(jié)4.2.1負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路

4.2.2負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路4.2.1負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路

2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路4.2.1負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路圖4-5負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)的電路1.對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路圖4-7三相三線制電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路2.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路4.2.2負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路

2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路4.2.2負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路圖4-11負(fù)載為△聯(lián)結(jié)

的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路圖4-12對(duì)稱負(fù)載三角形

聯(lián)結(jié)的電流相量圖1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路1.對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路2.負(fù)載不對(duì)稱三角形聯(lián)結(jié)的三相電路4.3三相電路的功率4.3.1三相交流電路的功率

4.3.2對(duì)稱三相電路中的瞬時(shí)功率

4.3.3三相電路功率的測(cè)量4.3.1三相交流電路的功率1.平均功率P

2.無(wú)功功率Ｑ

3.視在功率Ｓ

4.功率因數(shù)cosφ

1.平均功率P1.平均功率P2.無(wú)功功率Ｑ3.視在功率Ｓ4.功率因數(shù)cosφ4.3.2對(duì)稱三相電路中的瞬時(shí)功率對(duì)稱三相制的瞬時(shí)功率是一個(gè)常量，其值等于平均功率Ｐ。由于瞬時(shí)功率為常值，所以三相電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)機(jī)械轉(zhuǎn)矩也是常值，因而運(yùn)行比較平穩(wěn)，這是三相電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一，瞬時(shí)功率是一個(gè)常值，這是對(duì)稱三相制的一個(gè)優(yōu)越的性能，習(xí)慣上將這一性能稱為瞬時(shí)功率平衡或平衡制。4.3.2對(duì)稱三相電路中的瞬時(shí)功率4.3.2對(duì)稱三相電路中的瞬時(shí)功率4.3.3三相電路功率的測(cè)量1.三相四線制電路功率的測(cè)量三相四線制電路負(fù)載不對(duì)稱星形聯(lián)結(jié)，可用三只功率表分別測(cè)量各相功率，電路的接線圖如圖4-15所示。

2.三相三線制電路功率的測(cè)量在三相三線制電路中，不論對(duì)稱與否，可使用二表法的方法來(lái)測(cè)量三相功率，它們的接線圖如圖4-16所示。1.三相四線制電路功率的測(cè)量2.三相三線制電路功率的測(cè)量2.三相三線制電路功率的測(cè)量4.4三相電路的仿真分析利用EWB可以對(duì)三相交流電路進(jìn)行仿真研究，依據(jù)三相交流電路的特征，分別對(duì)負(fù)載的對(duì)稱和不對(duì)稱情況下的電路中電流、電壓進(jìn)行仿真研究，應(yīng)用的元件和儀器分別包括在基本元件庫(kù)(Basic)、信號(hào)源庫(kù)(Sources)、指示器件庫(kù)(Indicators)和儀器庫(kù)(Instruments)中。4.4三相電路的仿真分析1)首先從基本元件庫(kù)(Basic)中選取電阻和電感元件，雙擊元件符號(hào)，打開(kāi)屬性(ResistorProperties)對(duì)話框，選中卡，將電阻值均設(shè)為8Ω,電感值均設(shè)為19.1mH。從電源庫(kù)(Sources)中選取三個(gè)交流電壓源，雙擊元件符號(hào)，將電壓源的有效值設(shè)為120V，頻率設(shè)為50Hz，相位分別設(shè)為0°、120°和240°。同樣從指示器件庫(kù)(Indicators)選取電流表元件，雙擊元件符號(hào)，將電流表的屬性設(shè)為交流(AC)。為了使得電路元件排放規(guī)則，可以利用工具按鈕中的(Rotate,FlipHorizontal和FlipVertical)按鈕將水平放置的元件置為垂直放置、水平轉(zhuǎn)向和上下翻轉(zhuǎn)。然后按照電路結(jié)構(gòu)，連接元件。圖4-17的仿真連線圖如圖4-18所示。電壓源的屬性對(duì)話框如圖4-19所示，電流源的屬性對(duì)話框如圖4-20所示，注意仿真電路必須有接地參考點(diǎn)。4.4三相電路的仿真分析2)在EWB平面上畫仿真圖，首先從基本元件庫(kù)(Basic)中選取電阻和電感元件，雙擊元件符號(hào)，打開(kāi)屬性(ResistorProperties)對(duì)話框，選中"Value"卡，將電阻和電感設(shè)為相應(yīng)的值。

3)將開(kāi)關(guān)S閉合，激活EWB界面右上角的仿真開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，各個(gè)支路的相電壓、相電流以及中性點(diǎn)之間的電壓、中性線電流的仿真結(jié)果將顯示在交流電流表上，如圖4-22所示。4.4三相電路的仿真分析4)關(guān)閉仿真開(kāi)關(guān)，將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，然后在激活EWB界面右上角的仿真開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)開(kāi)始在新的電路結(jié)構(gòu)下進(jìn)行仿真，相應(yīng)的指示儀表顯示了各個(gè)支路的相電壓、相電流以及中性點(diǎn)之間的電壓、中性線電流的值，仿真結(jié)果如圖4-23所示。

5)為進(jìn)一步驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，可計(jì)算圖4-21的理論值。

例4-7圖4-17例4-7圖圖4-18例4-7仿真圖例4-7圖4-19電壓源的屬性對(duì)話框例4-7圖4-20電流源的屬性對(duì)話框例4-7例4-8例4-8三相電路如圖4-21所示，電源電壓為380V/220V。U相為一只220V/40W、cosφ=0.5的熒光燈，V相為一只220V/40W、cosφ=0.5的熒光燈和220V/40W的一盞白熾燈并聯(lián)，W相為5只220V/100W的白熾燈的并聯(lián)。利用EWB仿真出：1)S閉合時(shí)負(fù)載的相電壓、相電流和中性點(diǎn)之間的電壓、中性線電流；2)S斷開(kāi)時(shí)負(fù)載的相電壓、相電流和中性點(diǎn)之間的電壓、中性線電流。

圖4-21例4-8圖例4-8例4-8圖4-22仿真連線及結(jié)果圖例4-8圖4-23開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后的仿真結(jié)果圖例4-81.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)學(xué)習(xí)負(fù)載的星形和三角形聯(lián)結(jié)方法。

2)學(xué)習(xí)利用EWB驗(yàn)證三相電路中負(fù)載對(duì)稱和不對(duì)稱時(shí)電壓和電流的線值與相值關(guān)系。

3)學(xué)習(xí)EWB中虛擬儀器電壓表、電流表的使用方法以及電源庫(kù)、接地點(diǎn)的使用方法。

2.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理如圖4-24所示。圖4-24實(shí)驗(yàn)原理圖

a)星形聯(lián)結(jié)b)三角形聯(lián)結(jié)3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法1)在EWB中創(chuàng)建仿真的連線圖。

2)將開(kāi)關(guān)A、B、C擲于上端，電路做星形聯(lián)結(jié)，同時(shí)開(kāi)關(guān)D、E擲于下端，負(fù)載處于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)激活仿真開(kāi)關(guān)，仿真結(jié)果如圖4-25所示，同時(shí)將仿真結(jié)果填入表中。

3)開(kāi)關(guān)A、B、C、D和E的位置不變，關(guān)閉仿真開(kāi)關(guān)，將開(kāi)關(guān)S擲于下端，中性線斷開(kāi)，然后再次激活仿真開(kāi)關(guān)，中性線斷開(kāi)時(shí)的仿真圖如圖4-26所示，同時(shí)將仿真結(jié)果填入表4-1中。

4)將開(kāi)關(guān)A、B、C擲于下端，電路三角形聯(lián)結(jié)，同時(shí)開(kāi)關(guān)D、E擲于下端，負(fù)載處于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)激活仿真開(kāi)關(guān)。

5)為進(jìn)一步驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性，可計(jì)算上述情況的理論值。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法1.三相電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，對(duì)稱的三相電源是指三相電源的電壓幅值相等頻率相同、相位上彼此相差120°。2.三相電路的負(fù)載及電源的聯(lián)結(jié)均有ㄚ和△聯(lián)結(jié)兩種，通常三相電源的聯(lián)結(jié)方式為ㄚ。

3.負(fù)載作ㄚ聯(lián)結(jié)的電路，在對(duì)稱情況下有Ｕl(shuí)＝Ｕp，相位上Ｕl(shuí)超前相位Ｕp３０°，電流之間的關(guān)系為Ｉl＝Ｉp。

4.不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，采用三相四線制，這時(shí)負(fù)載能獲得對(duì)應(yīng)三相電壓，中性線的作用是保證每相負(fù)載獲得與電源電壓基本相等的端電壓，以確保三相負(fù)載能夠正常工作。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法5.負(fù)載作△聯(lián)結(jié)的電路，在對(duì)稱情況下有Ｕl(shuí)＝Ｕp，Ｉl＝Ｉp，相位上，線電流滯后相應(yīng)相電流３０°，若負(fù)載不對(duì)稱，則逐相計(jì)算。

6.三相電路的功率有平均功率、無(wú)功功率、視在功率、瞬時(shí)功率。7.三相電路中的支路電