电工学：3 三相电路

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1、第3章上页下页返回13.1 三相电源 概述3 3 三相电路三相电路3.2 三相负载3.3 三相功率第3章上页下页返回2概述概述 目前世界上电力系统的供电方式，绝大多目前世界上电力系统的供电方式，绝大多数采用的是三相制。数采用的是三相制。所谓三相制，是由所谓三相制，是由三个幅值相等、频率相三个幅值相等、频率相同、相位互差同、相位互差120120 的的单相交流电源作为电源的单相交流电源作为电源的供电体系，简称三相电源。由三相电源构成的供电体系，简称三相电源。由三相电源构成的电路，称为三相交流电路。电路，称为三相交流电路。第3章上页下页返回3燃燃烧烧室室燃料燃料锅炉的锅炉的炉膛炉膛循环水循环水汽轮机

2、汽轮机发电机发电机3 000r/min升压变升压变压器压器超热高压蒸汽超热高压蒸汽电能输出电能输出 火力发电火力发电 第3章上页下页返回4 励磁机励磁机 发电机发电机 水轮机水轮机 水力发电水力发电 第3章上页下页返回5 广州龙滩电站广州龙滩电站3号机组转子吊装号机组转子吊装第3章上页下页返回6 三峡电站首台机组安装三峡电站首台机组安装 第3章上页下页返回73.1 三相电源三相电源1.三相交流电源的产生三相交流电源的产生三相交流发电机的构造三相交流发电机的构造：定子、转子定子、转子。定定子子AXYBZCAYBZXC三个定子绕组完三个定子绕组完全相同，空间位全相同，空间位置互差置互差120120

3、 第3章上页下页返回8 t O eA AYBZCXN S t O eC t O eB 三相交流发电机三相交流发电机 原动机驱动原动机驱动 第3章上页下页返回9三相电源电动势三相电源电动势AmBmCmsinsin120sin120eEteEteEtEmAeBeCe t第3章上页下页返回10AmBmCmsinsin120sin120eEteEteEtEA=E0o.EB=E-120O.EC=E120O.EmAeBeCe t特征：特征：三相对称电动势三相对称电动势 -幅值相等、频率相同、相位互差幅值相等、频率相同、相位互差120120。02mEE 第3章上页下页返回11相序：相序：三相电源每相电压出现

4、最大值(或最小值)的先后次序称为相序。如A-B-C 称为正相序。EA=E0o.EB=E-120O.EC=E120O.120o120o120oEA.EB.EC.00 CBACBAeeeEEE&第3章上页下页返回12中性线或零线端线或火线火线火线相电压：相电压：火线与中性线间的电压火线与中性线间的电压ABC,uuu线电压：线电压：火线与火线间的火线与火线间的电压电压ABBCCA,uuu2 2.三相电源的星形联接三相电源的星形联接ABNC中性点中性点N N：X、Y、Z 的公共点。的公共点。Z+YuBuCuBCuABuCA+uAXABCZ+YuBuC+uAX第3章上页下页返回13相电压相量表示式相电压

5、相量表示式：线电压与相电压的关系：线电压与相电压的关系：UA=U0o.UB=U-120O.UC=U120O.UAB=UA.UB._UBC=UB.UC._UCA=UC.UA._ABNCZ+YuBuCuBCuABuCA+uAX第3章上页下页返回14AU&BU&CU&BU&ABU&32AU120 C30 CABU&BU&AU&BU&BCU&CAU&线电压与相电压的关系：线电压与相电压的关系：UAB=UA.UB._UBC=UB.UC._UCA=UC.UA._UAB=3 UA.30oUBC=3 UB.30oUCA=3 UC.30o第3章上页下页返回15线电压与相电压的关系：线电压与相电压的关系：UAB=

6、3 UA.30oUBC=3 UB.30oUCA=3 UC.30oAU&BU&CU&BU&ABU&BCU&CAU&30o30o30oUAB=3 Up.30oUBC=3 Up.30o 120o=3 Up-90oUCA=3 Up.30o+120o=3 Up 150o第3章上页下页返回163.2 3.2 三相负载三相负载三相负载（如三相交流电动机、三相负载（如三相交流电动机、三相变压器等）三相变压器等）。三相电路的负载单相负载（如家用电器、实验单相负载（如家用电器、实验仪器、电灯等）仪器、电灯等）。*工农业生产与生活用电多为三相四线三相四线制制电源提供。负载接入电源的原则，应视其额定电压而定。第3章上

7、页下页返回17如：如：额定电压为220V的电灯，应接在火线与中性线之间;额定电压380V的三相电动机，应接在三根火线上。通常三相负载的连接方式有两种：星形联结和三角形联结。ABCN三三相相负负载载L L单单相相负负载载第3章上页下页返回181 1.负载星形联结负载星形联结相电流=线电流,lpII上式为一般关系式，不论负载情况如何都成立上式为一般关系式，不论负载情况如何都成立。IA=UAZaIB=UBZbIC=UCZC相电流相电流：Ia.Ib.Ic.，线电流线电流：IA.,IB.,IC.IA.=Ia.,IB.=Ib.,IC.=Ic.IN.=IA.+IB.IC.+NZaZcZbN+-UA.UB.U

8、C.Ib.Ia.Ic.IC.IB.IN.IA.第3章上页下页返回19（1）负载对称负载对称特特征征：ZaZbZC=a =b=c 设各相电压对称，则各相电设各相电压对称，则各相电流将如何？流将如何？感性负载UA.UB.UC.AI&BI&CI&IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.ZaZbZC C=Z第3章上页下页返回20又又 UA UBUC ZaZbZcZ IA=IB=ICA=B120=C240 因此各相电流对称，即：IN.=IA.+IB.IC=0.+既然中线电流既然中线电流为零，是否可以取为零，是否可以取消中线？消中线？UAIA=Za.;UBIB=Zb.UCIC=Z

9、c.IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.第3章上页下页返回21负负 载载 CiBiAi三三相相三三 线线制制 如果省去如果省去中线电流中线电流，则则为为三相三线制三相三线制电路。电路。IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.IA.ZaZcZbIB.IC.+Ua._+_+_Ub.Uc.第3章上页下页返回22求：各相电流?图示三相电路,每相负载为,电源电压对称，AB380 2sin30ut 例例3.2-13.2-1IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.W8LXW,6RAI&BI&CI&CAU&ABU&BCU&UA.

10、第3章上页下页返回23解：解：以以A A相为例相为例ABA 380 30 220 0UU&AA22A220 2253 A868arctan6UIZ&A 22 2sin53 AitAI&BI&CI&CAU&ABU&BCU&UA.IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.第3章上页下页返回24根据对称关系，可得根据对称关系，可得BC22 2sin5312022 2sin173 A22 2sin5312022 2sin67 Aittitt A 22 2sin53 Ait 星形联星形联结有中线结有中线且负载对且负载对称时，仅称时，仅计算一相计算一相即可即可。小结小结IA.ZaZ

11、cZbIB.IC.IN.+Ua._+_+_Ub.Uc.第3章上页下页返回25(2)负载不对称 此时，此时，有中性线时有中性线时:负载的额定电压等于负载的额定电压等于电源的相电压电源的相电压,相电压仍然是对称的。相电压仍然是对称的。ZaZbZC C=NZaZcZbN+-UA.UB.UC.Ib.Ia.Ic.IC.IB.IN.IA.第3章上页下页返回26当三相负载不对称时，中线断开Ia.根据根据KCLKCL和和KVLKVL可列出可列出ABCAaAN NBbBN NCcCN N0IIIUZ IUUZ IUUZ IU&CabcN Nabc111ABUUUZZZUZZZ&N N0U&NZaZcZbN+-U

12、A.UB.UC.Ib.Ic.IC.IB.UNN.IA.第3章上页下页返回27 星形联结的三相负载分别为：星形联结的三相负载分别为：ZA100，ZB80j80，ZC80j60，接至三相对称电源，电，接至三相对称电源，电源线电压源线电压Ul380V，采用三相四线制。，采用三相四线制。(1)求负载相电压、线电流及中线电流，并画出相量图；求负载相电压、线电流及中线电流，并画出相量图；(2)当中线断开时，求各相负载电压。当中线断开时，求各相负载电压。例例3.2-23.2-2IA.ZAZCZBIB.IC.IN.+UA._+_+_UB.UC.解解：(1)(1)以以A A相电压为参考相相电压为参考相量，则各相

13、电压为：量，则各相电压为：ABC220 0 V220120 V220 120 VUUU&第3章上页下页返回28UA.UB.UC.AI&BI&CI&NI&70.783.1165线电流为：线电流为：AAA220 0A2.2 0 A100UIZ&CCC220 120A2.2 83.1 A80j60UIZ&BBB220120A1.94165 A80j80UIZ&中线电流为：中线电流为：CABCN NABC65.4 97.5 V111ABUUUZZZUZZZ&N1.78 70.7 AABCIIII&(2)(2)当中线断开时，当中线断开时，各相负载电压为：各相负载电压为：AAN NBBN NCN N238

14、16 V275112 V162 129 VCUUUUUUUUU&电压过高电压过高电压过低电压过低第3章上页下页返回29例：例：照明系统故障分析照明系统故障分析解解:(1)L1相短路相短路1)中性线未断中性线未断此时此时 L1 相短路电流很大相短路电流很大,将将L1相熔断丝熔断相熔断丝熔断,而而 L2 相和相和 L3 相未受影响，相未受影响，其相电压仍为其相电压仍为220V,正常正常工作。工作。(1)(1)L L1 1相短路相短路:中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。(2)(2)L L1 1相断路相断路:中性线未

15、断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。R1R3R2L1L2NL3N 第3章上页下页返回30 L1L2NL3N i1i3i2+3u2u1u2)L1相短路相短路,中性线断开中性线断开时时,此时负载中性点此时负载中性点N 即为即为L1,因此负载各相电压为因此负载各相电压为11212233130,0,380 V,380 VUUUUUUUU第3章上页下页返回31(2)L1相断路相断路 2)中性线断开中性线断开 L2、L3相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压,正常工作。正常工作。1)中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，如

16、图如图(b)所示所示,假设假设R2=10，R3=20，由，由图可求得图可求得232338012.7 A10 20UIRR2212.7 10 127 V U IR3312.7 20254 V U IRiL2L3u 2u 3+(b)R1R3R2L1L2NL3N 第3章上页下页返回321.负载不对称且无中性线时，负载相电压不负载不对称且无中性线时，负载相电压不对称，有可能超过用电器的额定电压，这是对称，有可能超过用电器的额定电压，这是不允许的。不允许的。2.中性线的作用，在于使星形联结不对称负中性线的作用，在于使星形联结不对称负载的相电压保持对称；为了保证负载相电压载的相电压保持对称；为了保证负载相

17、电压对称，中性线在运行中不允许断开（中性线对称，中性线在运行中不允许断开（中性线不允许接保险丝）。不允许接保险丝）。小结小结第3章上页下页返回332.2.负载三角形联结负载三角形联结相电流：相电流：负载三角形负载三角形联结时：联结时：负载的负载的相电压等于电源的线电压。相电压等于电源的线电压。Iab.=Uab.ZabIbc.=Ubc.ZbcIca.=Uca.Zca线电流：线电流：IA.IB.IC.,ACZabZbcZcaIbc.Ica.Uab.+-+-Ubc.Uca.IB.IC.IA.Iab.B第3章上页下页返回34依依KCL列方程：列方程：CAU&ABU&BCU&感性负载当负载对称时，当负载

18、对称时，分析线电流和相分析线电流和相电流的关系电流的关系：IB.=Iab.Ibc._IA.=Ica.Iab._IC.=Ibc.Ica._Iab.Ica.Ibc.AI&300-Ica.Iab 3IA.ACZabZbcZcaIbc.Ica.Uab.+-+-Ubc.Uca.IB.IC.Iab.B第3章上页下页返回35负载作 连结且对称时，线电流和相电流的一般关系式：记住上述公式记住上述公式CAU&ABU&BCU&Iab 3Iab.Ica.Ibc.300IC.IB.300-Ica.300IA.IA=3Iab-30oIB=3Ibc.-30oIC=3Ica.-30oIC.IB.IB.=Iab.Ibc._I

19、A.=Ica.Iab._IC.=Ibc.Ica._第3章上页下页返回36 例例3.2.33.2.3 将下面的电路接至线电压为将下面的电路接至线电压为380V的三相对称电源，的三相对称电源，R10，求，求 10 3 30Z W解：解：设设各电流的参考方向如图所示。各电流的参考方向如图所示。其中其中 是是一组三相一组三相对称的量，则对称的量，则AB380 0 VU&ABBCCA,III&ABAB380 0A=2230 A10 3 30UIZ&BC22150 AI&CA22 90 AI&ABC,II I&ABC,II I&也是一组也是一组三相对称的量三相对称的量AAB330 3860 AII&B38

20、180 AI&C38 60 AI&ACZZZBABI&CAI&BCI&AI&RBI&CI&BI&AI&RI&第3章上页下页返回37A3860 AI&B38180 AI&C38 60 AI&ABR380 0A38 0 A10UIR&A3860 A+38 0 A=38 330 A=6630 AARIII&BBR38180 A38 0 A=76 180 AIII&由基尔霍夫电流定律可得由基尔霍夫电流定律可得ACZZZBABI&CAI&BCI&AI&RBI&CI&BI&AI&RI&第3章上页下页返回38 3.3 3.3 三相功率三相功率ABCAAAB BBC CCcoscoscosPPPPU IU I

21、U I 一般关系式：一般关系式：有功功率有功功率对称负载：对称负载：pp3cosPU IIA.ZaZcZbIB.IC.IN.+UA._+_+_UB.UC.第3章上页下页返回39星形接法对称负载星形接法对称负载：cos3llIUP pp3cosPU I注意：注意：角仍然角仍然是相电压与相电流是相电压与相电流间的相位差角！间的相位差角！pp 3llUUII，IA.ZaZcZbIB.IC.IN.+UA._+_+_UB.UC.第3章上页下页返回40三角形接法对称负载三角形接法对称负载：cos3llIUP pp3cosPU Ipp 3llIUUI，ACZabZbcZcaIbc.Ica.Uab.+-+-U

22、bc.Uca.IB.IC.IA.Iab.B第3章上页下页返回41依照相同的方法可得三相对称电路的无功 功率及视在功率：三相对称负载有功功率一般表达式：三相对称负载有功功率一般表达式：sin3llIUQ 无功功率：llIUS3视在功率：注意：注意：角均是角均是相电压与相电流间相电压与相电流间的相位差角！的相位差角！cos3llIUP pp3cosPU I第3章上页下页返回42AY3cosYlYPIU已知已知：三相电路中三相电路中Ai求：求：1 1、星形负载、星形负载线电流：线电流：求解求解思路：思路：例例 IA.IAB.YZACBZAYI&AI&ICA.IBC.VUoAB30380P =10kW

23、，cos=1YYP =5kW，cos=0.5（感性）60Y Ycos=0.5(感性)，第3章上页下页返回43AYI&UA.60YZACBZAYI&AI&ICA.IBC.IA.IIIAAYAAtAi)30sin(23.262 2、三角形负载、三角形负载 cos1()阻性0线电流：线电流：3cosAlPIUABU&30AI&30 ABI&AI&ABI&阅读阅读P67 P67 例例3.3-13.3-1第3章上页下页返回44对称负载：对称负载：（不论星形联结还是三角形联结）电压对称、电流对称，只需计算一相。小结小结 不对称负载：不对称负载：每相分别计算。星形联结三角形联结三角形联结电源p3 lUUp

24、lUU对称对称负载负载plIIp3 lIIp3 lUUp lUU线电压超前所对应的相电压30线电流滞后所对应的相电流30，第3章上页下页返回45 1 某三相对称负载采用三角形联结，接于线电压某三相对称负载采用三角形联结，接于线电压 为为 220 V 的三相电源上；或采用星形联结，接于线电压的三相电源上；或采用星形联结，接于线电压 为为 380 V 的三相电源上，试分析这两种情况的电流和功的三相电源上，试分析这两种情况的电流和功 率的关系。率的关系。(1)相电流的比值为（相电流的比值为（）(2)线电流的比值为（线电流的比值为（）(3)有功功率的比值为（有功功率的比值为（）。）。a.1 b.1/3

25、 c.3 d.e.a 3 1/3 d a 第3章上页下页返回46 2 某三相对称负载采用三角形联结，接于某三相对称负载采用三角形联结，接于线电压为线电压为 220V 的三相电源上；或采用星形联结，接于的三相电源上；或采用星形联结，接于线电压为线电压为 220V 的三的三相电源上，试分析这两种情况的电流和相电源上，试分析这两种情况的电流和功率功率的关系。的关系。(1)相电流的比值为（相电流的比值为（）(2)线电流的比值为（线电流的比值为（）(3)有功功率的比值为（有功功率的比值为（）。）。a.1 b.1/3 c.3 d.e.d c c 3 1/3 第3章上页下页返回47 3 三相交流发电机的三个

26、绕组接成星形时，三相交流发电机的三个绕组接成星形时，若线电若线电压压 则则相电压相电压 uB为（为（）。a.uB=220 2 sin(t 30o)V b.uB=380 2 sin(t 30o)V c.uB=220 2 sin(t 90o)V uCA=380 2 sin t V，d.uB=380 2 sin(t 90o)V c 第3章上页下页返回48 4 某三相对称电路如图所示，正常工作时的某三相对称电路如图所示，正常工作时的线电流线电流为为 10 A。(1)若若 M 点断开，三个线电流如何变化？点断开，三个线电流如何变化？答：答：IL1=（），），IL2=（），），IL3=（）。）。(2)若若 N 点断开，三个线电流如何变化？点断开，三个线电流如何变化？答：答：IL1=（），），IL2=（），），IL3=（）。）。a.10 A b.5 A c.0 d.e.f.g.h.5 3 A 10/3 A Z Z Z L1IL1L2L3M IL2IL3N f a f 5/3 A d d c 15/3 A 15 3 A 第3章上页下页返回49 本章作业本章作业3.2 3.3 3.6 3.7