J__《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第3章 三相交流电路

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主编 曾令琴 制作 曾令琴 2004年 2004年8月第1章 章

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现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三 现代电力工程上几乎都采用三相四线制。 相交流供电系统在发电、 相交流供电系统在发电、输电和配电方面都具有 很多优点， 很多优点，因此在生产和生活中得到了极其广泛 的应用。 的应用。 学习本章要求理解对称三相交流电的概念； 学习本章要求理解对称三相交流电的概念； 熟悉三相电路中相、线电压电流的关系； 熟悉三相电路中相、线电压电流的关系；掌握对 称三相电路的分析和计算方法； 称三相电路的分析和计算方法；重点理解中线的 作用；了解不对称三相电路的简单分析方法。 作用；了解不对称三相电路的简单分析方法。第1章 章

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3.1 三相电源的连接方式 3.2 三相负载的连接方式 3.3 三相电路的功率第1章 章

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3.1 三相电源的连接方式1. 对称三相交流电

A定子

首端： 首端： A

B

C

Y

×

ωS

N

Z

↓ ↓ ↓ 尾端： 尾端： X Y Z

三绕组在空间 三绕组在空间 位置互差120 位置互差120o

的速度旋。 转子 转子装有磁极并以ω 的速度旋。三 个线圈中便产生三个单相电动势。 个线圈中便产生三个单相电动势。

C

×

B

u A = 2U P sin ωt u B = 2U P sin(ωt 120°) u C = 2U P sin(ωt + 120°)

X三相交流发电机示意图第3页 页

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u uA uB uCωt

UC 120° °

0T

120° ° 120° ° UB

UA

对称三相交流电波形图

对称三相交流电 的特征

对称三相电压相量图

大小相等，频率相同，相位互差120º。 大小相等，频率相同，相位互差120º。第3页 页

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2. 三相电源的星形(Y)连接方式 三相电源的星形( )

A 火线)或(相线) 相线) (火线)

eCuC

uA 中线) 零线) N(中线)或(零线) 火线) B(火线) 火线) C(火线)

Z X YuB

三相四线制供电方式三相电源Y 三相电源Y接时可向负载提供两种电压 相电压U 相电压UP 线电压U 线电压Ul第3页 页

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A 相电压：火线对零线间的电压 相电压：火线对零线间的电压。 间的电压。

u AN = u A u BN = u B u CN = u CUCN 120° ° 120° ° 120° ° UBN第3页 页

eCuC

uA

uANN

Z X YuB

uCN uBN

B C

UAN

& U AN = U P ∠ 0 ° & U BN = U P ∠ 120 & U CN = U P ∠ 120 °

°

UP相量图

三个相电压是对称的

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注意规定的正方向

线电压： 线电压： 对火线间的电压。 火线对 间的电压。 火线 火线间的电压& U AB = & U BC = & U =CA

AuA

& 3U AN ∠ 30 ° = U l ∠ 30 ° & 3U BN ∠ 30 ° = U l ∠ 90 ° & 3U ∠ 30 ° = U ∠150 °CN l

eCuC

三个线电压也是对称的， 三个线电压也是对称的， 且超前与其相对应的相电 30°电角。 压30°电角。 UCA

Z X YuB

uAB

uCAuBC BN CN AN

N B CBN CN AN

-UAN

30°

UBN

30°

UAB

U

AB BC CA

=U =U =U

AN BN CN

U U U

=U =U =U

AN BN CN

+ ( U + ( U + ( U

) ) )

U30°

-UCNUl相量图

U

相、线电压关系式

UBC第3页 页

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线电压与相电压的通用关系表达式： 线电压与相电压的通用关系表达式：& Ul = & ∠ 30 ° 3U p

在日常生活与工农业生产中， 在日常生活与工农业生产中，多数用户的 电压等级为: 电压等级为

U l = 380V 、 P = 220V UU l = 220V 、 P = 127 V U三相电源绕组还可以连接成三角形， 三相电源绕组还可以连接成三角形，但电 源绕组三角接时只能向负载提供一种电压： 源绕组三角接时只能向负载提供一种电压： 电源线电压U 绕组的感应电压U 电源线电压Ul=绕组的感应电压UP。第3页 页

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如何用验电笔或400V 如何用验电笔或400V以上 400V以上 的交流电压表测出三相四线制 供电线路上的火线和零线？ 供电线路上的火线和零线？

三相四线制供电体制 你能说出线、 中，你能说出线、相 电压之间的数量关系 及相位关系吗？ 及相位关系吗？

验电笔的正确握法如下图示： 验电笔的正确握法如下图示：

数量上线电压是相电压 数量上线电压是相电压 1.732倍 的1.732倍；在相位上超前 线电压超前与其相对应的 相电压30° 相电压30°.你能说出对称 三相交流电的 特征吗？ 特征吗？

电笔头与被测导线接触 使氖管发光的是火 时，使氖管发光的是火 或端线), ),不发光 线(或端线),不发光 的是零线 零线。 的是零线。

你会做吗？ 你会做吗？

电表可利用火线与零线 之间的数量关系判断出 火线和零线。 火线和零线。 第3页 页

三个最大值相等、 三个最大值相等、角 最大值相等 频率相同、相位上互差 频率相同、 120°的正弦交流电。 120°的正弦交流电。

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3.2 三相负载的连接方式负载有两种接法: 负载有两种接法:

AZ

AZ Z Z Z Z

N B C

B C

三相负载的一端连在一起与零 线相接；另一端分别与火线相 线相接； 接的方式称为： 接的方式称为：

三相负载的首尾相连成一 个闭环， 个闭环，然后与三根火线 相接的方式称为： 相接的方式称为：

星形接法第3页 页

三角形接法

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线电流

1.负载的 形连接: 1.负载的Y形连接: 负载的YY接负载的端电压等于电源相电压； 接负载的端电压等于电源相电压 等于电源相电压；

A uA uB uC中线电流 中线电流

相电流

负载中通过的电流称为相电流 相电流I 负载中通过的电流称为相电流IP; N 中线电流I 中线上通过的电流称为中线电流 中线上通过的电流称为中线电流IN; 火线上通过的电流称为线电流 线电流I 火线上通过的电流称为线电流Il;

iNiC

Z

iAZ

B

C

Z

iB

中线电流： & 中线电流： I N

& & & & = U A ;& = U B ;& = U C IB IC 各相负载中通过的电流分别为： 各相负载中通过的电流分别为： I A ZA ZB ZC

& & Y 接时： I l = I p

& & & = IA + IB + IC

显然三相电源对称、三相 接负载也对称的情况下 接负载也对称的情况下， 三相电源对称、三相Y接负载也对称的情况下，三 对称 相负载电流也是对称 对称的 此时中线电流为零 中线电流为零。 相负载电流也是对称的，此时中线电流为零。第3页 页

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例：电源线电压为 电源线电压为380V,三相对称负载 接，Z=3+j4 ,求： ,三相对称负载Y接 求各相负载中的电流及中线电流。 各相负载中的电流及中线电流。 根据对称关系可得： 对称关系可得 根据对称关系可得： Ul 380 解：Up = 3 = 3 = 220 V

设

& U A = 220∠0°V

& U B = 220∠ 120°V & U C = 220 ∠120 ° VZ = 3 + j 4 = 5∠53.1° & & = U A = 220 ∠ 0 ° IA Z 5 ∠ 53 .1 ° = 44 ∠ 53 . 1 ° A第3页 页

& I B = 44 ∠ 173 .1 ° A & I C = 44 ∠ 66 .9 ° A & & & & I =I +I +I =0N A B C

由此例可得， 由此例可得，对称 三相电路的计算可归结 为一相电路计算， 为一相电路计算，其它 两相根据对称关系可直 接写出。 接写出。

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问题及讨论

负载对称时

(ZA = ZB = ZC = Z)中线是否可以 去掉？ 去掉？

& & & & I N = IA + IB + IC = 0称为三相三线制。 称为三相三线制。

答： Y形连接三相完全对称时，零线可以取消。 形连接三相完全对称时， 形连接三相完全对称时 零线可以取消。

eC

uA

AZ

Z Z

uC

uB第3页 页

B C

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应用实例--照明电路 应用实例--照明电路 -正确接法: 正确接法:每组灯相 互并联,然后分别接 互并联 然后分别接 至各相电压上。 至各相电压上。设 电源电压为： 电源电压为： A

若三相不对 称，能否去 掉中线？ 掉中线？

一组

... N二组 三组

Ul

UP

= 380

220

V

B

C 当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等， 当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等， 但每盏灯上都可得到额定的工作电压 得到额定的工作电压220V。 但每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。第3页 页

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分析 如果三相照明电路的中线因故断开，当发生一相灯负 如果三相照明电路的中线因故断开 中线因故断开，载全部断开时或一相发生短路，电路会出现什么情况？ 载全部断开时或一相发生短路，电路会出现什么情况？如果中线断开，设A相灯负 如果中线断开 中线断开， 相灯负 载又全部断开，此时B、C两相构 载又全部断开 此时 、 两相构 全部断开， 成串联， 成串联，其端电压为电源线电压 380V。 。 若B、C相对称，各相端电压 、 相对称， 为190V,均低于额定值220V而不 ，均

低于额定值 而 能正常工作； 能正常工作；若B、C相不对称， 、 相不对称， 则负载多(电阻小)的一相分压 则负载多(电阻小)的一相分压 少而不能正常发光，负载少( 少而不能正常发光，负载少(电 阻大)的一相分压多则易烧损。 阻大)的一相分压多则易烧损 分压多则易烧损。 如果中线断开，设又发生A相 如果中线断开 设又发生A 中线断开， 短路，此时 、 相都会与短 短路，此时B、C相都会与短 接线构成通路， 接线构成通路，两相端电压 均为线电压380V,因此B、C 均为线电压 ，因此 、 相由于超过额定值而烧损。 相由于超过额定值而烧损 超过额定值而烧损。

由此可得， 由此可得，中线的 是使Y 作用是使 作用是使Y接不对称三 相负载的端电压保持对 称。

*第3页 页

三相四线制Y接电路中，中线不允许断开！ 三相四线制Y接电路中，中线不允许断开！