第三章三相正弦交流電路

3.1三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)3.2三相負(fù)載的聯(lián)接3.3三相功率第三章三相正弦交流電路學(xué)習(xí)目的與要求

了解三相交流電的基本概念；熟悉三相電源和三相負(fù)載的兩種連接方式；掌握對(duì)稱三相交流電的概念及對(duì)稱三相電路的分析與計(jì)算；理解中線的作用和兩種連接方式下線、相電壓，線、相電流之間的關(guān)系；熟悉對(duì)稱與不對(duì)稱三相電路的基本分析方法。

三相交流電路

現(xiàn)代電力工程上幾乎都采用三相四線制。三相交流供電系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和配電方面較單相供電具有很多不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

1.三相電機(jī)產(chǎn)生的有功功率為恒定值，因此電機(jī)的穩(wěn)定性好。

2.三相交流電的產(chǎn)生與傳輸比較經(jīng)濟(jì)。

3.三相負(fù)載和單相負(fù)載相比，容量相同情況下體積要小得多。由于上述優(yōu)點(diǎn)，使三相供電在生產(chǎn)和生活中得到了極其廣泛的應(yīng)用。

三相定子繞組對(duì)稱嵌放在定子鐵心槽中。定子鐵心尾端：

XYZ↓↓↓3.1三相電源的連接方式

三相交流電是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。發(fā)電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。AXBYCZ定子繞組首端：

ABC+－轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)軸NS

三相定子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相切割，感應(yīng)對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。

原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子繞軸旋轉(zhuǎn)，形成氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

電路分析中很少用電動(dòng)勢(shì)，通常用電壓來表示。以A相繞組的感應(yīng)電壓為參考正弦量，則發(fā)電機(jī)感應(yīng)的對(duì)三相電壓分別為：

1.

對(duì)稱三相交流電的特點(diǎn)uAuBuCu0Tωt對(duì)稱三相交流電最大值相等，頻率相同，相位互差120o。120°UBUAUC120°120°相序的意義三相交流電達(dá)到正的最大值（或零值）的順序稱為相序。A—B—C正相序簡(jiǎn)稱正序A—C—B逆序（反序）正常運(yùn)行的三相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的都是正序交流電。三相電源Y接時(shí)的三個(gè)相電壓顯然是對(duì)稱的！2.三相電源的星形（Y）連接方式XYZACBNuAuBuC三相電源尾端連在一起三相電源首端分別向外引出端線，俗稱火線。尾端公共點(diǎn)稱為中性點(diǎn)或零點(diǎn)，向外引出的導(dǎo)線稱為中線，中線俗稱零線。顯然火線與零線之間的電壓等于發(fā)電機(jī)繞組的三相感應(yīng)電壓—相電壓

火線與火線之間的電壓稱為線電壓。uABuBCuCA結(jié)論：三相電源繞組作Y形連接時(shí)，可以向負(fù)載提供兩種電壓。此種供電系統(tǒng)稱為三相四線制。

數(shù)量上，線電壓uAB是相電壓uA的1.732倍；相位上，線電壓超前與其相對(duì)應(yīng)的相電壓30°電角！三相電源Y接時(shí)線、相電壓之間的關(guān)系三個(gè)相電壓對(duì)稱電源的中性點(diǎn)總是接地的，因此相電壓在數(shù)值上等于各相繞組首端電位。線電壓與相電壓之間的關(guān)系UBUAUC120°120°120°電壓等于兩點(diǎn)電位之差-UBUAB30°同理可得UBCUCA顯然，電源Y接時(shí)的三個(gè)線電壓也是對(duì)稱的！UC-30°UA-30°3.三相電源的三角形（Δ）連接方式顯然發(fā)電機(jī)繞組作Δ接時(shí)只能向負(fù)載提供一種電壓！三相電源首尾相接構(gòu)成閉環(huán)在電源的三個(gè)連接點(diǎn)處分別外引三根火線。

顯然，電源繞組作Δ接時(shí)，線電壓等于發(fā)電機(jī)繞組的三相感應(yīng)電壓。

發(fā)電機(jī)三相繞組作Δ接時(shí)，不允許首尾端接反！否則將在三角形環(huán)路中引起大電流而致使電源過熱燒損。uABuBCuCA結(jié)論：三相電源繞組作Δ接時(shí)，線電壓等于電源繞組的感應(yīng)電壓。此種供電系統(tǒng)稱為三相三線制。通常電源繞組的連接方式為星形。XYZuAuCuBABCBCA日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)用戶的電壓等級(jí)為:

三相電源繞組連接成Y接方式的最大優(yōu)越性就是可向負(fù)載提供兩種不同的電壓，且其中線電壓是發(fā)電機(jī)一相繞組感應(yīng)電壓的1.732倍！

三相四線制供電系統(tǒng)兩種電壓一般表示為或第二節(jié)三相負(fù)載的聯(lián)接一、三相電路的負(fù)載（一）對(duì)稱三相負(fù)載三相負(fù)載的復(fù)阻抗大小相等，阻抗角相等。（二）不對(duì)稱三相負(fù)載三相負(fù)載的阻抗大小不相等或其阻抗角不相同。三相負(fù)載也有Y形和Δ形兩種連接方式。1.三相負(fù)載的Y形連接ZACB

NZZiA線電流由連接方式?jīng)Q定了相電流uAuBuCY接時(shí)負(fù)載端電壓等于電源相電壓(1)對(duì)稱三相負(fù)載滿足稱為對(duì)稱三相負(fù)載。Y接對(duì)稱三相負(fù)載中通過的電流iNY接對(duì)稱三相電流對(duì)稱，因此對(duì)稱負(fù)載Y接時(shí)，由于中線電流為零，中線不起作用，可以拿掉！電源線電壓為380V，對(duì)稱三相負(fù)載Y接，Z=3+j4Ω，求：各相負(fù)載中的電流及中線電流。解例設(shè)根據(jù)對(duì)稱關(guān)系：對(duì)稱三相電路的計(jì)算可歸結(jié)為一相電路計(jì)算，其它兩相根據(jù)對(duì)稱關(guān)系可直接寫出。結(jié)論：則有解得中線電流實(shí)用中，三相電動(dòng)機(jī)、變壓器等都是對(duì)稱三相負(fù)載。已知電源線電壓為380V。三相Y接照明負(fù)載均為“220V、40W”白熾燈50盞，求：U相開路，V相開25盞，W相燈全開時(shí)各相電流及中線電流。(2)不對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)，稱之為不對(duì)稱三相負(fù)載。求解不對(duì)稱三相負(fù)載電路時(shí)，只要電路中有中線，就可把各相按照單相電路的分析方法分別計(jì)算，注意此時(shí)中線電流不等于零！解U相開路相當(dāng)于斷路，UVWN………有中線，V相和W相正常工作，電流分別為：應(yīng)用實(shí)例—照明電路UVWN………UBUAUC顯然，中線保證了Y接不對(duì)稱三相負(fù)載的相電壓平衡。有了中線，各相情況互不影響。中線電流由相量圖分析問題及討論上述照明電路若中線因故斷開，且發(fā)生：(1)一相斷路；(2)一相短路；情況又如何？分析(1)無中線一相斷路時(shí)，其余兩相相當(dāng)于串聯(lián)接于380V線電壓上：V相、，W相均不能正常工作！問題及討論分析(2)無中線一相短路時(shí)；UVWN………此時(shí)，V相和W相均通過短路相分別形成回路，各相端電壓為380V，高于額定電壓220V，顯然都會(huì)被燒損。負(fù)載不對(duì)稱而又沒有中線時(shí)，負(fù)載上可能得到大小不等的電壓，當(dāng)有的超過用電設(shè)備的額定電壓時(shí)，可能燒損或減少使用壽命；而有的達(dá)不到額定電壓不能正常工作。如前面所講到的照明電路，由于中線斷開且一相發(fā)生故障，由此造成各相負(fù)載的不對(duì)稱。換句話講，如果有中線，當(dāng)一相發(fā)生故障時(shí)，其它無故障負(fù)載相仍能正常工作。因此，對(duì)通常工作在不對(duì)稱情況下的三相電路而言，中線絕對(duì)不允許斷開！而且必須保證中線可靠。為確保中線在運(yùn)行中不斷開，中線上不允許安裝保險(xiǎn)絲和開關(guān)。關(guān)于中線的討論2.負(fù)載的Δ形連接ACB線電流三相負(fù)載首尾相接構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)，相電流對(duì)三個(gè)結(jié)點(diǎn)列KCL方程可得：相量圖分析

Δ接時(shí)負(fù)載的端電壓等于電源線電壓。由于三個(gè)線電壓對(duì)稱，因此三個(gè)相電流對(duì)稱。ZZZiA由三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)分別向外引出端線。iABiBiCiBCiCA(1)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)-IBCIAICA-IBIAB-