电工基础三相交流电路Word下载.docx

1、120 o ，转子装有磁极并以 w 的速度旋转，则在三个线圈中便产生三个单相电动势。二、三相对称电源 图 5-3 1 供给三相电动势的电源称为三相电源，三个最大值相等，角频率相同而初相位互差 时的三相电源则称为对称三相电源。 如图 5-3 所示， 他们的参考方向是始端为正极性，末端为负极性。2 三相电源的表示式 3 相量表示式及相量图、波形图， 如图 5-4 、 5-5 所示 图 5-5 图 5-4 4 三相电源的特征：大小相等，频率相同，相位互差 120 。对称三相电源的三个相电压瞬时值之和为零，即 5 相序：对称三相电压到达正（负）最大值的先后次序， U V W U 为顺序， U W V

2、U 为逆序。本章若无特殊说明，三相电源的相序均为顺序。三、三相电源的星形联接 1 基本概念：图 5-6 （ 1 ）三相电源的星形联接：将对称三相电源的三个绕组的相尾（末端） U2 、 V2 、 W2 联在一起，相头（首端） U1 、 V1 、 W1 引出作输出线，这种联接称为三相电源的星形联接，如图 5-6 所示。（ 2 ）中性线：联接在一起的 U2 、 V2 、 W2 点称为三相电源的中性点，用 N 表示，当中性点接地时称为零点。从中性点引出的线称为中性线，当中性点接地时称为零线，但与地线不同。（ 3 ）火线：从三个电源首端 U1 、 V1 、 W1 引出的线称为端线，俗称火线。（ 4 ）相

3、电压：端线到中性线之间的电压称为相电压，用符号 、 、 表示。常以作为参考电压。（ 5 ）线电压：端线到端线之间的电压称为线电压，用 、 、 表示。规定线电压的方向分别是由 U 线指向 V 线， V 线指向 W 线， W 线指向 U 线。2 特点： 用相量形式表示为 假设 ， ， 则 = 由上式可得，三相线电压对称，线电压的有效值（ ）是相电压有效值（ ）的 倍，即 ，且各线电压超前相应的相电压 30 。3 相量图，如图 5-7 所示 图 5-7 四、 三相电源的三角形联接 图 5-8 如图 5-8 所示，将对称三相电源中的三个绕组中 U 相绕组的相尾 U2 与 V 相绕组的相头 V1 ， V

4、 相绕组的相尾 V2 与 W 相绕组的相头 W1 ， W 相绕组的相尾 W2 与 U 相绕组的相头 U1 依次联接如图，由三个联接点引出三条端线，这样的联接方式称为三角形（也称形）联接。三相电源作三角形联接时，线电压就是相应的相电压，即 或 即 3 相量图，如图 5-9 所示 图 5-9 因为对称电动势三个电动势之和为零，空载时，闭合回路内没有电流。 必须注意，如果任何一相定子绕组接法相反，三个相电压之和将不为零，在三角形联接的闭合回路中将产生根大的环行电流，造成严重恶果。所以 相线不能接错，常先接成开口三角形，测出电压为零时再接成封闭三角形。作业： 5-1 ， 5-2 ， 5-3 第二节 三

5、相负载的连接 1 掌握三相负载星形和三角性联结。2 掌握两种联结方式下，线电压与相电压、线电流和相电流的关系 3 了解中性线的作用 三相负载星形和三角性联结方式下的线电压与相电压、线电流和相电流的关系 中性线的作用 一、三相对称负载星形 1. 常用术语：如图 5-10 所示 端线：由电源始端引出的联接线 中性线：联接两个中性点 , 的联接线 图 5-10 相电压：指每相电源（负载）的端电压。线电压：指两端线之间的电压 相电流：流过每相电源（负载）的电流 ，有效值记作 线电流：流过端线的电流 ，有效值记作 中线电流：流过中性线的电流 2 三相四线制电路 （ 1 ）定义：在电源与负载.都是星形联结

6、的电路中，连接电源与负载有四条输电线，即三根端线与一根中性线，这样的连接叫三相四线制，用 Y/Y 0 表示，如图 5-11 所示。目前我国低压配电系统普遍采用三相四线制，线电压是 380V ，相电压是 220V 。当负载不是对称负载时，应采用三相四线制联结。图 5-11 图 5-12 （ 2 ）特点：线电流等于相电流， ，中性线电流等于各相电流代数和。（ 3 ）电压电流的相量图，如图 5-12 所示 3 三相三线制电路 在电源与负载都是星形联结的电路中，连接电源与负载有三条输电线，即三根端线，这样的连接叫三相三线制，如图 5-13 所示。当负载是对称负载时，可以省略中性线，采用三相三线制联结。

7、图 5-13 线电流等于相电流，即 ，而 ，由于三个线电流的初相位不同，在某一瞬时不会同时流向负载，至少有一根端线作为返回电源的通路。二、三相负载的三角形联接 1 定义：将三相负载首尾依次连接成三角形后， 分别接到三相电源的三根端线上，这种联结称为三角形连接，如图 5-14 所示。图 5-14 即接在对称三相电源上的对称三相负载为三角形联结时，线电流是相电流的 倍，其相位依次较对应的相电流滞后 30 度。 当 Y 形负载为三相电动机之类的绝对对称负载时，不接中性线，电源可以是 Y 形的，也可以是形的。3 相量图，如图 5-15 所示 5-2-2 ， 5-2-3 第三节 对称三相电路的计算 1

8、掌握对称三相电路的星形负载的计算 2 掌握对称三相电路的三角形负载的计算 对称三相电路的星形负载的计算 对称三相电路的三角形负载的计算 一、三相负载星形联接的对称三相电路 1 对称三相电路：三相电源和三相负载对称，且三根端线的线路阻抗也相同的三相电路称为对称三相电路，如图 5-15 所示。图 5-15 （ 1 ）中性点电压和中性线电流都等于 0 ，中性线不起作用， 的大小对电路工作状态无关，甚至可以不用连线，从而节约导线。（ 2 ）三相电流是对称的，各相电流仅由各相电源电压与各相阻抗决定，相电流大小相等，相差 120 （ 3 ）负载端相电压 对称 ，线电压也对称， ，线电压超前对应相电压 （

9、4 ）相量图，如图 5-16 所示 例 5-1 ： 某对称三相电路，负载为 Y 形联接，三相三线制，其电源线电压为 380V ，每相负载阻抗 = 8 + j6 ，忽略输电线路阻抗。求负载每相电流。图 5-16 解： 已知 = 380V ，负载为 Y 形联接，其电源无论是 Y 形还是形联接，都可用等效的 Y 形联接的三相电源进行分析。电源相电压 V ，设 =220 /0 V ，则 22 /-36.9 A 根据对称性可得：=22 /-36.9 -120 =22 /-156.9 A ， +120 =22 /83.1 例 5-2 ： 如图 5-17 所示的对称三相电路中 , 负载每相阻抗 Z =6+j

10、8 , 端线阻抗 =1+j1 , 电源线电压有效值为 380V 。 求负载各相电流、 每条端线中的电流、 负载各相电压。图 5-17 图 5-18 解 ： 由已知 可得 ，单独画出 U 相电路 , 如图 5-18 所示。设 =220 /0 V ， 负载是星形连接 , 则负载端相电流和线电流相等。二、负载三角形联接的对称三相电路 1. 电路联接方式，如图 5-19 所示 图 5-19 （ 1 ）线电压与相电压的关系：（ 2 ）线电流与相电流的关系：图 5-20 各相负载电流大小相等，相位相差 120 ， ， 线电流相位滞后对应相电流的相位 30 （ 4 ）相量图，如图 5-20 所示 例 5-3

11、 ： 对称负载接成三角形 , 接入线电压为 380V 的三相电源 , 若每相阻抗 Z =6+j8 ,求负载各相电流及各线电流。 设线电压 则负载各相电流：负载各线电流：三、多组负载的对称三相电路的计算 可用单相法按如下步骤求解 : （1） 用等效星形连接的对称三相电源的线电压代替原电路的线电压； 将电路中三角形连接的负载 , 用等效星形连接的负载代换。 （2） 假设中线将电源中性点与负载中性点连接起来 , 使电路形成等效的三相四线制电路。 （ ） 取出一相电路 , 单独求解。 （ ） 由对称性求出其余两相的电流和电压。 （ ） 求出原来三角形连接负载的各相电流。例 5-4 ： 如图 5-21

12、所示电路中 , 电源线电压有效值为 380V, 两组负载 =12+j16 ,=48+j36 , 端线阻抗 =1+j2 。分别求两组负载的相电流、线电流、相电压、线电压。图 5-22 图 5-21 设电源为一组星形连接的对称三相电源 ， 将 组三角形连接的负载等效为星形连接的负载 , 如图 5-22 所示，则 5-5 ， 5-6 ， 5-7 ， 5-11 第四节 三相四线制不对称负载电路的计算 1 掌握三相四线制不对称负载电路的计算 2 掌握中性线的作用 一、星形联接负载不对称时的特点：如图 5-23 所示 1. 中性点电压不为 0 ， 即 ， 图 5-23 2 三个相电压不对称，即 3 三个相

13、电流（线电流）不对称，即 4 三个负载相电压不对称，即 5 中性线电流不等于 0 ，即 图 5-24 6 相量图，如图 5-24 所示 （ a ） （ b ） 图 5-25 例 5-5 ： 试分析原对称星形连接的负载（无中线）有一相负载短路和断路时 , 各相电压的变化的情况。 有一相负载短路和断路时 , 原对称三相电路成为不对称三相电路。（ 1 ）设 U 相短路，如图 5-25 （ a ） 所示 很明显，从图 5-25 （b） 看到， V 相和 W 相负载将因电压过高，电流过大而损坏。当接了中性线，且 =0 时， =0 ， U 相短路将使 U 相电流 很大，如果采用使 U 相熔丝断开的办法，保

14、护电路，可对其它两相没有影响。（ 2 ） U 相断路，如图 5-26 （ a ） 所示 图 5-26 很明显，从图 5-26 （b） 看到， V 相和 W 相的相电压是线电压的一半，若线电压为 380V ，则 V 相和 W 相的相电压只有 190V ，不能正常工作。二、不对称负载电路的注意事项 （ 1 ）由单相负载组成的 Y-Y 三相四线制在运行时，多数情况是不对称的，中性点电压不等于 0 ，负载中性点电位发生位移，各负载上电压、电流都不对称，必须 逐相计算 。负载不对称而又没有中性线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。为使负载正常

15、工作，中性线不能断开。由三相电动机组成的负载都是对称的，但在 一 相断路或 一 相短路等故障情况下，形成不对称电路，也必须 逐相计算 。（ 2 ）不对称 Y 性三相负载，必须连接中性线。三相四线制供电时，中性线的作用是很大的 , 中性线使三相负载成为三个互不影响的独立回路 , 甚至在某一 相发生 故障时，其余两相仍能正常工作。中性线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了保证负载正常工作，规定中性线上不能安装开关和熔丝， 而且中性线本身的机械强度要好，接头处必须连接牢固，以防断开。（ 3 ）由单相负载组成不对称 Y 性三相负载，安装时总是力求各相负载接近对称，中性线电流一般小于

16、各线电流，中性线导线可以选用 比三跟端线 小一线的截面。图 5-27 （ 4 ）因为中性点有位移，即使电源中性点 N 接地（中性线叫做零线），但负载中性点 N 与大地电位不等， 因此零线和地线是有区别的。在安全保护措施上接地 和接零也是不同的。例 5-6 ： 如图 5-27 所示电路是用来测定三相电源相序的仪器 , 称为相序指示器。任意指定电源的 一 相为 U 相 , 把电容 C 接到 U 相上 , 两只白炽灯接到另外两相上。设 R =1/ C, 试说明如何根据两只灯的亮度来确定 V 、 W 相。 这是一个不对称的星形负载连接电路。设 图 5-28 显然 , 从图 5-28 中看到， , 从而

17、可知 , 较亮的灯接入的为 V 相 , 较暗的为 W 相。 5-13 ， 5-14 第五节 三相电路的功率 掌握对称三相电路功率的计算 三相电路的有功功率 三相电路的功率因数 一、三相负载的有功功率 若三相负载是对称的， 三相总有功功率为 、 代表负载上的相电压和相电流 当负载为星形连接时， 当负载为三角形连接时， 既对称三相电路的有功功率的计算公式为 ，与负载的连接方式无关，但 仍然是相电压与相电流之间的相位差，由负载的阻抗角决定。二、无功功率 若三相负载是对称的， 无论负载接成星形还是三角形 , 则有 三、三相负载的视在功率 若三相负载 对称 , 则 但要注意在不对称三相制中，视在功率不等

18、于各相电压与相电流之和，即 四、三相负载的功率因数 ， 若负载 对称 , 则 在对称情况下， cos = cos 是一相负载的功率因数， = ， 即为负载的阻抗角。在不对称负载中，各相功率因数不同，三相负载的功率因数值无实际意义。例 5-7 ： 有一对称三相负载 , 每相阻抗 Z =80+j60 , 电源线电压 =380V 。求当三相负载分别连接成星形和三角形时电路的有功功率和无功功率。 （ 1 ） 负载为星形连接时 （ 2 ） 负载为三角形连接时 五、 对称三相电路的瞬时功率 即对称三相电路中，虽然各相功率是随时间变化的，但三相 瞬时总 功率等于平均功率，是不随时间变化的常数。因此作为三相对

19、称负载的电动机的转矩是恒定的，运转平稳，这种对称三相电路也称为平衡三相电路。例 5-8 ： 如图 5-29 所示的电路中 , 三相电动机的功率为 3kW,cos =0.866, 电源的线电压为 380V, 求图中两功率表的读数。图 5-29 由 ， 可求得线电流为 例 5-9 ： 有一台三相异步电动机接在线电压为 380V 对称电源上，已知此电动机的功率为 4.5kW ，功率因数为 0.85 ， 求线电流 。 三相电动机是对称负载，不论什么接法， 线电流 = = = 8.02 A 例 5-10 ： 某三相异步电动机每相绕组的等值阻抗 =27.74 ，功率因数 cos =0.8 ，正常运行时绕组

20、作三角形联接，电源线电压为 380V 。试求：（ 1 ）正常运行时相电流，线电流和电动机的输入功率；（ 2 ）为了减小起动电流，在起动时改接成星形，试求此时的相电流，线电流及电动机输入功率。 （ 1 ）正常运行时，电动机作三角形联接 = = = 13.7 A ， = = 13.7= 23.7A cos = 380 23.7 0.8=12.51kW （ 2 ）起动时，电动机星形联接 = = = 7.9 A ， = = 7.9 A cos = 7.9 0.8 =4.17kW 由此例可知，同一个对称三相负载接于 一 电路，当负载作联接时的线电流是 Y 联接时线电流的三倍，作联接时的功率也是作 Y 形联接时功率的三倍。 5-12 ， 5-16 本章总结：1 三相电源 三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。2 三相负载 三相负载多接成星形和三角形。3 三相电路计算 负载不对称时：各相电压、电流单独计算。负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算 一 相，三相电路的计算要特别注意相位问题。负载 Y 形接法：对称负载时：负载 D 形接法：负载 D 形接法 4 三相功率计算 三相总有功功率：有功功率 = 和负载的接法无关 无功功率 ，视在功率