電工電子技術課件 第四章 三相交流電路及其應用

第4章三相交流電路及其應用本章知識點1．掌握對稱三相正弦量的特點及相序的概念。2．掌握對稱三相負載Y和△聯(lián)結時相線電壓、相線電流的關系。3．掌握三相四線制供電系統(tǒng)中單相及三相負載的正確聯(lián)接方法，理解中線的作用。4．掌握對稱三相電路電壓、電流及功率的計算。4.1三相電源4.1.1三相對稱電源的產生三相交流電由三相交流發(fā)電機產生。根據電磁感應定律，三相繞組將分別產生感應電動勢。由于繞組完全對稱，互相在空間上相差120°，三相感應電動勢最大值相等，頻率相同，但初相位相差120°。若以U相電動勢為參考量，則三相電動勢瞬時值表達式為：4.1三相電源4.1.1三相對稱電源的產生由上式可畫出該三相電動勢的波形圖和相量圖，如圖所示。由解析式、波形圖和相量圖均可看出：發(fā)電機產生的三相感應電動勢，U相電動勢超前V相電動勢120°相位，V相電動勢超前W相電動勢120°相位，W相電動勢超前U相電動勢120°相位。圖4-3三相對稱電動勢的波形圖和相量圖4.1三相電源4.1.2三相對稱電源繞組的聯(lián)接1.三相電源的星形聯(lián)結將發(fā)電機三相繞組的末端U2、V2、W2聯(lián)結在一點，三相繞組的始端U1、V1、W1分別與三相電源輸電線相聯(lián)，并通過該輸電線路將電能送往變、配電所或用電設備，這種接法稱為三相電源的星形聯(lián)結（或稱Y形聯(lián)結）。如圖所示。圖中三個末端相聯(lián)結的點稱為中性點或零點，在線路上用符號“N”表示，從中性點引出的導線稱為中性線或零線。三相繞組的接線端子用U、V、W表示，從三相繞組始端U1、V1、W1引出的三根導線稱為相線，分別用L1、L2、L3表示，因為它們與中性線之間有一定的電壓，所以俗稱火線。4.1三相電源4.1.2三相對稱電源繞組的聯(lián)接1.三相電源的星形連接將發(fā)電機三相繞組的末端U2、V2、W2聯(lián)結在一點，三相繞組的始端U1、V1、W1分別與三相電源輸電線相連，并通過該輸電線路將電能送往變、配電所或用電設備，這種接法稱為三相電源的星形連接（或稱Y形連接）。如圖4-3所示。圖中三個末端相連接的點稱為中性點或零點，在線路上用符號“N”表示，從中性點引出的導線稱為中性線或零線。三相繞組的接線端子用U、V、W表示，從三相繞組始端U1、V1、W1引出的三根導線稱為相線，分別用L1、L2、L3表示，因為它們與中性線之間有一定的電壓，所以俗稱火線。圖4-4三相電源星形連接由三根相線和一根中性線所組成的輸電方式稱為三相四線制（通常在低壓配電中采用）；只由三根相線所組成的輸電方式稱為三相三線制（在高壓輸電工程中采用）。三相電源的星形聯(lián)結可以輸出兩種電壓：即相電壓和線電壓。所謂相電壓，指每相繞組兩端的電壓，也就是各相線與中性線之間的電壓。它的瞬時值用來表示，通用符號用表示；有效值分別用表示。與相電壓之間的關系類似，各線電壓之間相位差為120°，它們之間也是對稱的。4.1三相電源4.1.2三相對稱電源繞組的聯(lián)接根據相電壓與線電壓的定義，為U相電壓與V相電壓之間的電位差，同理可得、，即由此可作出線電壓和相電壓的相量圖圖4-5三相電源相電壓和線電壓相量圖4.1三相電源4.1.2三相對稱電源繞組的聯(lián)接在工程技術上，一般用表示線電壓，用表示相電壓，則可歸納為從上述討論可歸納出三相電源星形聯(lián)結具有以下特點：（1）三相電動勢有效值相等，頻率相同，各相之間相位差為。（2）相電壓和線電壓各自對稱,各相電壓之間相位差為,各線電壓之間相位差也為。（3）線電壓是相電壓的倍，且超前對應相電壓30°。4.1三相電源4.1.2三相對稱電源繞組的連接2.三相電源的三角形連接將發(fā)電機三相繞組始末端依次連接，構成如圖所示的閉合電路，并將三個連接點作為三相電源輸出點，向外引出三根相線，這種接法稱為三角形連接（或稱Δ形連接）。當發(fā)電機繞組接成三角形時，由于每相繞組直接跨接在兩相線之間，所以線電壓等于相電壓，即4.2三相電路分析對稱三相負載的特點是各相復數(shù)阻抗相等，即或阻抗模相等且相位角相同，即

另一類是不對稱三相負載，如三相照明電路即為典型不對稱三相電路。在用電系統(tǒng)中，三相負載也有兩種連接方式：一種是星形連接，也稱Y形連接；另一種是三角形連接，也稱形聯(lián)結。4.2三相電路分析4.2.1三相負載的星形連接電路分析圖示為三相負載的星形接法。圖中、、分別為三相負載阻抗；N'為三相負載的中性點。通過中線可以將N'與三相電源中點N相連。負載的相電流就等于對應的線電流。相電壓與相電流的關系為中性線電流：4.2三相電路分析4.2.1三相負載的星形聯(lián)接電路分析1．負載對稱時的電路特點由于電源電壓對稱，當三相負載對稱時，即，負載的三相電流也是對稱的，即電流大小相等、相位差依次為120°,如圖4-9所示為星形連接三相對稱負載電流相量圖，可看出V相電流與W相電流的相量和與U相電流大小相等、方向相反，因此三相電流相量和為零，即可見，在星形連接的三相負載對稱時，中性線無電流通過。此時完全可以把中性線省去，使三相四線制變?yōu)槿嗳€制供電方式。實際上三相電動機、三相電阻爐都是對稱三相負載，它們都可用三相三線制供電。圖4-9三相對稱負載電流相量圖圖4-10負載的三相三線制供電4.2三相電路分析4.2.1三相負載的星形聯(lián)接電路分析1．負載對稱時的電路特點當負載按三相四線制(即有中性線)供電時，三相交流電的每一相就是一個單相電路。各相電壓與電流間的數(shù)量和相位關系可用上章所講的單相交流電路的方法處理。從圖可見，相線和負載通過的是同一電流，所以有可見，在三相負載的星形聯(lián)結中，線電流等于相電流。4.2三相電路分析4.2.1三相負載的星形連接電路分析２.負載不對稱時電路分析在三相負載的星形聯(lián)結中，不對稱是指至少有一相的負載阻抗的模或阻抗角與其他兩相不相同。如果三相負載不對稱，則三相負載電流不相等，三個相電流的相量和不為零，中性線中則有電流通過。在這種情況下，Y形連接只能用三相四線制，中性線不能省去。因為如果此時斷開中性線，各相負載的電壓就不相等，這時，阻抗較小的負載的相電壓可能低于其額定電壓，阻抗較大的負載的相電壓可能高于其額定電壓，使負載無法正常工作，甚至會造成嚴重事故。4.2三相電路分析4.2.1三相負載的星形連接電路分析例4-3將白熾燈照明電路按三相四線制星形連接，如圖所示，各白熾燈額定電壓220V，設U相負載與V相負載阻抗均為220Ω，而W相負載阻抗為20Ω，將它們接在380V的三相對稱電源上，若U相燈關斷，又將中性線斷開，會產生什么現(xiàn)象？解：U相關斷、中性線斷開，相當于將V相和W相的白熾燈串聯(lián)于380V的線電壓中，此時兩負載的電流為V相白熾燈電壓為W相白熾燈電壓為可見，中性線斷開后，V相電壓升高很多，將白熾燈燒毀。而W相白熾燈電壓過低，無法正常工作。4.2三相電路分析4.2.2三相負載三角形連接電路分析將三相負載的始末端依次相連構成閉合回路，然后將三個節(jié)點分別接在三相電源的三根相線上，這種接法稱為三相負載的三角形連接，又稱Δ連接。圖4-12三相負載的三角形接法4.2三相電路分析4.2.2三相負載三角形連接電路分析各相的相電流為：根據KCL，各線電流為：4.3三相電路的功率根據能量守恒定律，若輸電線路損失忽略不計，電源輸出的總功率應等于負載消耗的