電工技術(shù)基礎(chǔ)（第3版） 課件 模塊三 三相交流電路的測(cè)量和學(xué)習(xí)

模塊三三相交流電路任務(wù)一三相交流電源任務(wù)二三相負(fù)載的聯(lián)接任務(wù)三三相電路的功率模塊三三相交流電路2三相交流電路RS1RS2RS3A1RS4RS5RS6A2RS7RS8RS9A3L1（火線）L2（火線）N（零線）L3（火線）AVV1演示電路:三相負(fù)載的星形連接3三相交流電路所有開關(guān)閉合只有S7、S4斷開問(wèn)題1、三相負(fù)載星形連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問(wèn)題2、三相負(fù)載星形連接相電流與線電流的關(guān)系是什么？問(wèn)題3、三相負(fù)載星形連接時(shí)中線的的作用？演示結(jié)果A3(mA)A2(mA)A(mA)A1(mA)V(V)V1（V）326.6322.60322.6380220110.0380220326.6221.2221.24三相交流電路RRRS1A1RS7RS8RS9A3L2(火線)L3(火線)N（零線）L1火線)AVV1S2S3A2RS4RS5RS6演示電路：三相負(fù)載的三角形連接5三相交流電路所有開關(guān)均閉合問(wèn)題1、三相對(duì)稱負(fù)載三角連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問(wèn)題2、三相不對(duì)稱負(fù)載三角連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問(wèn)題3、三相對(duì)稱負(fù)載三角形連接相電流與線電流的關(guān)系是什么？演示結(jié)果A3A2AA1VV1220V220V560.6mA322.2mA322.2mA322.2mA6三相交流電路

三相交流供電系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和用電方面與單相相比有造價(jià)低、節(jié)省金屬材料、性能好等許多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)電廠均以三相交流方式向用戶供電?，F(xiàn)介紹三相交流電的供電方式、三相負(fù)載用電的聯(lián)接方式及三相電功率及得出以上結(jié)論的原因。7三相交流電路任務(wù)一三相交流電源

與作用三相交流電源1.概念

由三個(gè)幅值相等、頻率相同、相位互差120o的單相交流電動(dòng)勢(shì)按一定方式連接起來(lái)所構(gòu)成的電源稱為三相交流電源。由三相電源構(gòu)成的電路稱為三相交流電路。三相交流電源一般來(lái)自三相交流發(fā)電機(jī)或變壓器副邊的三相繞組。三相交流發(fā)電機(jī)的基本原理如圖3-1所示。任務(wù)一三相交流電源9三相交流電源圖3-1三相交流發(fā)電機(jī)原理圖三相交流電源

發(fā)電機(jī)的固定部分稱為定子,其鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有溝槽,放置結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2。它們的空間位置互差120o，分別稱為U相、V相、W相,工程上以黃、綠、紅三種顏色標(biāo)志。引出線的始端用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。2.三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

轉(zhuǎn)動(dòng)的磁極稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有直流勵(lì)磁繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三相定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而產(chǎn)生三相交流電動(dòng)勢(shì)。11三相交流電源三相電源瞬時(shí)值表達(dá)式為：對(duì)稱三相正弦量的波形圖和相量圖如圖3-2所示。（3-1）12三相交流電源0ωt2πuWuVuUuπ120012001200圖3-2三相對(duì)稱正弦量的波形圖和相量圖三相交流電依次達(dá)到最大值的順序，若為UVW,稱為順相序；如果按照UWV，則稱為逆相序。13三相交流電源

將三個(gè)繞組的末端U2、

V2、W2

連在一起引出一根連線稱為中性線（或稱零線），三個(gè)繞組的始端U1、V1、W1分別引出的三根線稱為端線L1、L2、L3（俗稱火線）,這種聯(lián)接稱為電源的星形聯(lián)接。如圖3-3所示。3.三相電源的星形聯(lián)接14三相交流電源連接V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuW圖3-3電源的星形聯(lián)接端線(火線)中線(零線)端線(火線)端線(火線)相電壓:電源每相繞組兩端的電壓稱為電源相電壓。參考方向規(guī)定從繞組始端指向末端，用uU、uV、uW表示，有效值用UP表示。三相四線制:由三根端線和一根中線所組成的供電方式稱為三相四線制(如圖3-3)所示)。三相三線制:只用三根端線組成的供電方式稱為三相三線制。15三相交流電源連接

任意兩根端線之間的電壓稱為線電壓，用uUV、uVW、uWU

表示，如圖3-4所示。V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuWuUVuVWuWU圖3-416三相交流電源連接線電壓和相電壓之間的關(guān)系為：(3-2）等效代替17三相交流電源連接UUV．－UＵ．30°30o30oUWU．UVW．UＶ．UＵ．－UＶ．－UＷ．Uｗ．圖3-5相電壓與線電壓關(guān)系的相量圖18三相交流電源連接由圖3-5可得出，三個(gè)線電壓對(duì)稱。用UL表示線電壓的有效值（3-3）19三相交流電源連接線電壓為相電壓的倍。（3-4）

線電壓的相位導(dǎo)前對(duì)應(yīng)的相電壓相位30o

。線電壓、相電壓均為對(duì)稱電壓。通常情況下三相四線制低壓供電系統(tǒng)，線電壓為380V，相電壓為220V。20三相交流電源連接4、三相電源的三角形聯(lián)接如果將三相發(fā)電機(jī)的三個(gè)繞組依次首（始端）尾（末端）相連，接成一個(gè)閉合回路，則可構(gòu)成三角形聯(lián)接。從三個(gè)連接點(diǎn)引出的三根線即為三根端線。如圖3-6所示。21三相交流電源連接圖3-6三相電源的三角形聯(lián)接WU1(W2)V1(U2)W1(V2)UVuWUuUVuVW.UW＝UWU.UU.＝UUV..UV＝UVW.圖3-7線電壓等于相電壓

兩根相線之間的電壓也是對(duì)應(yīng)線圈之間的相電壓22三相交流電源連接

當(dāng)三相電源作三角形聯(lián)接時(shí)，只能是三相三線制，而且線電壓等于相電壓。通常三相電源選用星形連接的方式23三相交流電源連接UP=UL例1：三相發(fā)電機(jī)接成三角形供電。如果誤將U相接反，會(huì)產(chǎn)生什么后果？如何使連接正確？(b)電壓相量圖24(a)三相發(fā)電機(jī)的錯(cuò)誤接線圖WU2(W2)V1(U1)W1(V2)UV三相交流電源連接

解：U相接反時(shí)，電源回路中的電流為：由于回路中的電流過(guò)大，會(huì)造成三相電源的損壞。三相發(fā)電機(jī)正確接線圖

25WU1(W2)V1(U2)UV三相交流電源連接思考題１．對(duì)稱三相電源星形連接時(shí)，ＵL=

UP,線電壓的相位超前于它所對(duì)應(yīng)相電壓的相位

。

V，3．正序?qū)ΨQ三相三角形連接電源，相電壓

V

，

V，

V，

V。

V，300則

V，

V，

V。２．正序?qū)ΨQ三相星形連接電源，若220/-1200220/1200220/-1500380/1500220/-300220/900220/-300220/-1500026三相交流電源連接任務(wù)二三相負(fù)載的連接三相交流電源任務(wù)二三相負(fù)載的聯(lián)接

負(fù)載有單相負(fù)載與三相負(fù)載之分。對(duì)于單相負(fù)載，應(yīng)根據(jù)其額定電壓接入電路。若負(fù)載所需的電壓是電源的相電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與中線之間。如圖3-8(a)圖3-8

(a)UVWNZUZVZW28三相交流負(fù)載連接

若負(fù)載所需的電壓是電源的線電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與端線之間。如圖3-8(b)

UVWN圖3-8（b)ZUVZVWZWU29三相交流負(fù)載連接

三相負(fù)載有兩種情況：一種是將三個(gè)（或三組）單相負(fù)載分別接到三相電源的每一相上，組成三相負(fù)載。另一種是負(fù)載本身就是要求三相電源供電的三相負(fù)載。例如三相交流電動(dòng)機(jī)、三相電爐等。

30三相交流負(fù)載連接

按照電源與負(fù)載聯(lián)接方式不同，三相電源與負(fù)載有四種接法，即：Y-Y、Y-Δ、Δ-Y、Δ-Δ。但對(duì)用戶來(lái)講，電源繞組如何連接并不太關(guān)心。只討論三相負(fù)載本身的聯(lián)接：星形（Y）聯(lián)接和三角形（Δ）聯(lián)接。

若三相電源上接入的負(fù)載完全相同（阻抗值相等、阻抗角相等），稱為三相對(duì)稱負(fù)載。31三相交流負(fù)載連接圖3-9三相負(fù)載的星形聯(lián)接NUVWUVNWuUuWuViN一、三相負(fù)載的星形聯(lián)接ZUZWZV三相四線制電路32三相交流負(fù)載連接圖3-9中

在忽略輸電線阻抗時(shí)，每相負(fù)載兩端的電壓是電源的相電壓（UUN、UVN、UWN）。

每相負(fù)載中的電流稱為相電流IP（IUN、IVN、IWN）。

每根端線上的電流稱為線電流IL（IU、IV、IW）。

中線上的電流稱為中線電流IN。電源的線電壓有效值是負(fù)載相電壓有效值的倍。UL=UP33三相交流負(fù)載連接各相負(fù)載的電流分別為：（3-5）各端線電流等于對(duì)應(yīng)的相電流（3-6）（3-7）線電流等于相電流IP=IL34三相交流負(fù)載連接例2：

三相四線制電路中,星形負(fù)載各相阻抗分別為ZU＝8+j6Ω，ZV＝3－j4Ω，ZW＝10Ω，電源線電壓為380V,求各相電流及中線電流。1、不對(duì)稱三相負(fù)載

當(dāng)三相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，中性線有電流，可以從相量圖中或相量復(fù)數(shù)運(yùn)算中分析求解。

解：35三相交流負(fù)載連接

設(shè)：各相電流及線電流分別為：36三相交流負(fù)載連接中線電流：37三相交流負(fù)載連接三相負(fù)載對(duì)稱的條件：或:ZU=ZV=ZW=Z（3-8）（3-9）38三相交流負(fù)載連接2、對(duì)稱三相負(fù)載（1）各相電流對(duì)稱即：

各相電流大小相等，相位依次互差120039三相交流負(fù)載連接wt0

iWNiVNiUNi(a)波形圖t2t1UW．UV．UＵ．（b）相量圖圖3-10對(duì)稱三相負(fù)載星形聯(lián)接時(shí)電流波形圖和相量圖星形聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載,中性線可以省去。為什么？40三相交流負(fù)載連接（3-10）（3-11）中線電流的計(jì)算:相電流瞬時(shí)值代數(shù)和、相量和均為零，中線電流為零。41三相交流負(fù)載連接例3：額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈共9盞均勻分別安裝在220V/380V供電系統(tǒng)的三相電網(wǎng)上，求：（1）這些白熾燈應(yīng)如何連接在三相電源上？畫出電路圖；（2）試求白熾燈全部點(diǎn)亮?xí)r各相電流，并畫出相量圖；（3）討論一下此時(shí)需不需要中線。三相交流負(fù)載連接

解：（1）必須將9盞燈分成三組，按Y形連接的方式接在三相電路上，其電路圖如圖3-11所示，相量如圖3-12所示。圖3-11例3的電路圖

圖3-12例3的相量圖三相交流負(fù)載連接L1L2NL3L1L2NL3（2）每盞燈電阻為白熾燈全部點(diǎn)亮?xí)r，每相負(fù)載電阻為各相電流的有效值為三相交流負(fù)載連接（3）當(dāng)所有白熾燈點(diǎn)亮?xí)r，構(gòu)成三相對(duì)稱負(fù)載，中線電流為零，可以不要中線，但在實(shí)際應(yīng)用中，不可能所有的燈泡全亮，因而負(fù)載多數(shù)情況是不對(duì)稱的，所以必須安裝中線。三相交流負(fù)載連接3、三相三線制電路圖3－13負(fù)載為Y形連接的三相三線制電路

46三相交流負(fù)載連接（1）三相負(fù)載對(duì)稱

由于負(fù)載對(duì)稱，中線電流為零，忽略線路阻抗，省去中線后，負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓，負(fù)載也能正常工作。47三相交流負(fù)載連接（2）三相負(fù)載不對(duì)稱，則3-14中點(diǎn)位移相量圖

稱為中性點(diǎn)位移三相交流負(fù)載連接會(huì)使負(fù)載的電壓嚴(yán)重不對(duì)稱使負(fù)載的工作不正常

49三相交流負(fù)載連接各相電流：

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，有的超過(guò)用電設(shè)備的額定電壓，有的達(dá)不到額定電壓，都不能正常工作。比如，照明電路中各相負(fù)載不能保證完全對(duì)稱，所以絕對(duì)不能采用三相三相制供電，而且必須保證零線可靠。關(guān)于中線的結(jié)論50中線的作用

中線的作用在于，使星形連接的不對(duì)稱負(fù)載得到相等的相電壓。為了確保零線在運(yùn)行中不斷開，其上不允許接保險(xiǎn)絲，也不允許接刀閘。例4：

如圖所示電路是用來(lái)測(cè)定三相電源相序的儀器，稱為相序指示器，任意指定電源的一相為U相，把電容C接到U相上，兩只白熾燈分別接到另外兩相上，設(shè)R=1/ωC，試說(shuō)明如何根據(jù)兩只燈的亮度來(lái)確定V、W相。VWURCR3-15例4圖三相交流負(fù)載連接解：這是一個(gè)不對(duì)稱的星形負(fù)載連接電路，其相量如圖所示。設(shè)：則3-16例4題相量圖三相交流負(fù)載連接顯然﹥從而可知，較亮的燈接入的為V相，較暗的為W相。三相交流負(fù)載連接例5：試分析原對(duì)稱星形連接的負(fù)載（無(wú)中線）有一相負(fù)載短路和斷路時(shí)，各相電壓的變化情況。解：（1）設(shè)U相短路N/NN/iUZUZWZViWiVuUuWuV圖3－17對(duì)稱星形U相短路連接的三相三線制電路54三相交流負(fù)載連接當(dāng)其中一相短路時(shí),其它兩相電壓的有效值升高到正常工作電壓的倍55三相交流負(fù)載連接圖3－18負(fù)載U相斷路對(duì)稱Y形連接的三相三線制電路

NiUZViWuUiVuWuVZWZU（2）設(shè)U相斷路56三相交流負(fù)載連接當(dāng)其中一相斷路時(shí),其它兩相電壓的有效值是原來(lái)正常工作電壓的倍。57三相交流負(fù)載連接圖3-19負(fù)載的三角形聯(lián)接二、負(fù)載的三角形聯(lián)接UVWWVUZUVZWUZVW58三相交流負(fù)載連接

每相負(fù)載兩端的電壓都是電源的線電壓（UL=UP），各負(fù)載中流過(guò)的電流為負(fù)載的相電流。（3-14）59三相交流負(fù)載連接各端線電流與各相電流的關(guān)系：設(shè)三相對(duì)稱負(fù)載為感性負(fù)載，則每相負(fù)載的電流均滯后對(duì)應(yīng)的電壓φ角。（3-15）60三相交流負(fù)載連接圖3-20三相對(duì)稱感性負(fù)載三角形聯(lián)接時(shí)各相電流及各線電流的相量圖61三相交流負(fù)載連接從圖3-20相量圖中可知，三個(gè)相電流和三個(gè)線電流均是數(shù)值相等、頻率相同、相位互差120o的三相對(duì)稱電流?？梢宰C明，線電流和相電流存在如下關(guān)系。你可要記住了?。?-16）線電流落后相應(yīng)的相電流300的相位角。62三相交流負(fù)載連接例6：三相對(duì)稱負(fù)載，每相Z=3+4jΩ，接到UL=380V的三相電源上，計(jì)算負(fù)載作三角形聯(lián)接時(shí)的相電流、線電流。解：設(shè)63三相交流負(fù)載連接負(fù)載各相電流為：64三相交流負(fù)載連接負(fù)載各線電流為：65三相交流負(fù)載連接例7：某三相交流異步電動(dòng)機(jī)每相繞組額定電壓為380V，額定電流為10A，功率因數(shù)為0.85，電源是220V/380V的電網(wǎng)，頻率50Hz，試求（1）電動(dòng)機(jī)三相繞組應(yīng)如何連接？（2）求每相繞組的等值阻抗、等值電阻與電感。（3）求各相電流和線電流的大小。解：（1）由于電動(dòng)機(jī)每相繞組的額定電壓為380，因而三相異步電動(dòng)機(jī)繞組應(yīng)選擇三角形連接三相交流負(fù)載連接（2）每相繞組的等值阻抗為等值電阻為等值電感為三相交流負(fù)載連接（3）額定運(yùn)行時(shí)，其相電流與線電流的大小分別為：IP=10AIL=17.3A三相交流負(fù)載連接思考題

1.將圖3-18中的各相負(fù)載分別接成星形或三角形，電源的線電壓為380V，相電壓為220V。每只燈的額定電壓為220V，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380V。UVWN圖3-18a69思考題UVWN圖3-18bDDDDDD70三相交流負(fù)載連接白熾燈的聯(lián)結(jié)方式如圖所示UVWNUVWNDDDDDD電動(dòng)機(jī)的聯(lián)結(jié)方式如圖所示71三相交流負(fù)載連接任務(wù)三三相電功率三相交流電源一、三相負(fù)載的有功功率

其中UU、UV、UW分別為各相電壓的有效值，IU、IV、IW分別為各相電流的有效值。分別為各相負(fù)載的功率因數(shù)73三相電功率

若三相負(fù)載是對(duì)稱的，各相負(fù)載的阻抗、功率因數(shù)也相等，則三相電壓、電流分別對(duì)稱，有效值分別相等，即:三相總有功功率為（3-17）74三相電功率當(dāng)負(fù)載為星形聯(lián)接時(shí)當(dāng)負(fù)載為三角形聯(lián)接時(shí)

在對(duì)稱三相電路中，無(wú)論負(fù)載接成星形還是三角形，總有功功率均為（3-18）75三相電功率

無(wú)論負(fù)載接成星形還是三角形，三相總無(wú)功功率均為(3-19)二、三相負(fù)載的無(wú)功功率若負(fù)載對(duì)稱，則各相負(fù)載的無(wú)功功率相等，均為三、三相負(fù)載的視在功率(3-20)76三相電功率cosφ是每相負(fù)載的功率因數(shù)

當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，無(wú)論負(fù)載是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，電路的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、均是以下公式77三相電功率例8：有一對(duì)稱三相負(fù)載，每相阻抗Z＝80+j60Ω，電源線電壓UL＝380V。求三相負(fù)載分別連接成星形和三角形時(shí)電路的有功功率和無(wú)功功率。解：（1）負(fù)載作星形聯(lián)接時(shí)78三相電功率由阻抗三角形可得：星形連接功率分別為：79三相電功率（2）負(fù)載作三角形聯(lián)接時(shí)80三相電功率從上面的計(jì)算可以得到如下關(guān)系你記住了嗎?(3-21)81三相電功率典例分析三相交流電源

[典例3-1]星形（Y）連接的負(fù)載，接到線電壓為380V的三相正弦電壓源，試求：（1）各相負(fù)載ZU=ZV=ZW=10Ω時(shí)的各相電流和中線電流；（2）各相負(fù)載ZU=ZV=ZW=10Ω不變，中性線斷開后的各相電流；（3）負(fù)載ZU=20Ω、ZV=ZW=10Ω時(shí)，各相電流及中線電流；（4）負(fù)載性質(zhì)不變，如果U相電流不變，V、W相電流減半，中線電流等于多少？典例解析解：（1）負(fù)載相電壓的有效值設(shè)

則各相電流典例解析中線電流（2）由于三相負(fù)載對(duì)稱，線電流與相電流相等并且對(duì)稱，中線電流為零，所以中線斷開后，電路不受影響，各相電流和（1）中一樣。（3）各相電壓不變，不變，U相電流及中線電流則為典例解析（4）負(fù)載性質(zhì)不變，則中線電流典例解析[典例3-2]如圖3-20所示，三角形（Δ）連接的負(fù)載，接到線電壓為380V的三相正弦電壓源，試求：（1）各相負(fù)載ZUV=ZVW=ZWU=10Ω時(shí)的各相電流和線電流；（2）若負(fù)載ZUV斷開，ZVW=ZWU=10Ω不變，求各相電流和線電流。解：（1）為了和典例3-1比較，設(shè)則

典例解析UVWWVUZUVZWUZVWiUViWUiVWiViWiU圖3-20典例3-2圖

典例解析各相電流

根據(jù)三相對(duì)稱負(fù)載三角形連接，線電流等于

倍的相電流，角度滯后各自對(duì)應(yīng)的相電流30°可得典例解析（2）UV相負(fù)載斷開，不變，U相電流及中線電流則為典例解析[典例3-3]

三相對(duì)稱電路如圖3-21所示，已知Z=4+j3Ω，

求負(fù)載電流

典例解析+Z-++--ZZUVW圖3-21解：（1）先將三角形連接電源轉(zhuǎn)換為星形連接，但需要保證

不變，等效電路如圖3-22所示。典例解析+-++--UVWUVW+++---（a）（b）

圖3-22典例3-3圖解（1）對(duì)3-22（a）圖有

對(duì)3-22（b）圖有

所以

即有

根據(jù)電源的對(duì)稱性有

典例解析（2）將原負(fù)載接到等效的電源上，如圖3-23所示。典例解析UVW+++---ZZZ圖3-23典例3-3圖解（2）所以

由于三相電源對(duì)稱、三相負(fù)載對(duì)稱，所以每相負(fù)載的電壓等于電源的相電壓，有

根據(jù)對(duì)稱性

典例解析[典例3-4]三相對(duì)稱交流電路中電壓表接于兩相線之間，電流表串接在相線上，兩表讀數(shù)分別為380V、5A，試求：（1）若三相負(fù)載星形（Y）連接，則負(fù)載的相電壓、相電流及每相負(fù)載阻抗分別等于多少？（2）若三相負(fù)載三角形連接，則負(fù)載的相電