電路 邱關(guān)源第五版課件第十二章.ppt

第12章三相電路,本章重點(diǎn),重點(diǎn),1.三相電路的基本概念,2.對稱三相電路的分析,3.不對稱三相電路的概念,4.三相電路的功率,返回,三相電路由三相電源、三相負(fù)載和三相輸電線路三部分組成。,發(fā)電方面：比單項(xiàng)電源可提高功率50；,輸電方面：比單項(xiàng)輸電節(jié)省鋼材25；,12.1三相電路,三相電路的優(yōu)點(diǎn),下頁,上頁,返回,三相電路的特殊性,（1）特殊的電源,（2）特殊的負(fù)載,（3）特殊的連接,（4）特殊的求解方式,以上優(yōu)點(diǎn)使三相電路在動(dòng)力方面獲得了廣泛應(yīng)用，是目前電力系統(tǒng)采用的主要供電方式。,研究三相電路要注意其特殊性。,下頁,上頁,返回,1.對稱三相電源的產(chǎn)生,通常由三相同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，三相繞組在空間互差120，當(dāng)轉(zhuǎn)子以均勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而形成對稱三相電源。,三相同步發(fā)電機(jī)示意圖,三相電源是三個(gè)頻率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦電源。,下頁,上頁,返回,下頁,上頁,返回,瞬時(shí)值表達(dá)式,波形圖,A、B、C三端稱為始端，X、Y、Z三端稱為末端。,下頁,上頁,返回,相量表示,對稱三相電源的特點(diǎn),下頁,上頁,返回,正序(順序)：ABCA,負(fù)序(逆序)：ACBA,相序的實(shí)際意義：,以后如果不加說明，一般都認(rèn)為是正相序。,正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),三相電源各相經(jīng)過同一值(如最大值)的先后順序。,對稱三相電源的相序,三相電機(jī),下頁,上頁,返回,2.三相電源的聯(lián)接,X,Y,Z接在一起的點(diǎn)稱為Y聯(lián)接對稱三相電源的中性點(diǎn)，用N表示。,（1）星形聯(lián)接(Y聯(lián)接),下頁,上頁,返回,（2）三角形聯(lián)接(聯(lián)接),三角形聯(lián)接的對稱三相電源沒有中點(diǎn)。,注意,下頁,上頁,返回,3.三相負(fù)載及其聯(lián)接,(1)星形聯(lián)接,稱三相對稱負(fù)載,三相電路的負(fù)載由三部分組成，其中每一部分稱為一相負(fù)載，三相負(fù)載也有二種聯(lián)接方式。,下頁,上頁,返回,(2)三角形聯(lián)接,稱三相對稱負(fù)載,下頁,上頁,返回,4.三相電路,三相電路就是由對稱三相電源和三相負(fù)載聯(lián)接起來所組成的系統(tǒng)。工程上根據(jù)實(shí)際需要可以組成：,當(dāng)電源和負(fù)載都對稱時(shí)，稱為對稱三相電路。,注意,下頁,上頁,返回,三相四線制,三相三線制,下頁,上頁,返回,1.名詞介紹,端線(火線)：始端A,B,C三端引出線。,中線：中性點(diǎn)N引出線，連接無中線。,12.2線電壓(電流)與相電壓(電流)的關(guān)系,下頁,上頁,返回,相電壓：每相電源的電壓。,線電壓：端線與端線之間的電壓。,線電流：流過端線的電流。,下頁,上頁,返回,負(fù)載的相電壓：每相負(fù)載上的電壓。,負(fù)載的線電壓：負(fù)載端線間的電壓。,線電流：流過端線的電流。,相電流：流過每相負(fù)載的電流。,下頁,上頁,返回,Y聯(lián)接,2.相電壓和線電壓的關(guān)系,下頁,上頁,返回,利用相量圖得到相電壓和線電壓之間的關(guān)系：,線電壓對稱(大小相等，相位互差120o),一般表示為：,下頁,上頁,返回,對Y聯(lián)接的對稱三相電源,所謂的“對應(yīng)”：對應(yīng)相電壓用線電壓的第一個(gè)下標(biāo)字母標(biāo)出。,(1)相電壓對稱，則線電壓也對稱,(3)線電壓相位領(lǐng)先對應(yīng)相電壓30o。,結(jié)論,下頁,上頁,返回,聯(lián)接,線電壓等于對應(yīng)的相電壓,以上關(guān)于線電壓和相電壓的關(guān)系也適用于對稱星型負(fù)載和三角型負(fù)載。,注意,下頁,上頁,返回,聯(lián)接電源始端末端要依次相連。,正確接法,錯(cuò)誤接法,I=0電源中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流,I0電源中將會(huì)產(chǎn)生環(huán)流,下頁,上頁,返回,2.相電流和線電流的關(guān)系,Y聯(lián)接時(shí)，線電流等于相電流。,Y聯(lián)接,結(jié)論,下頁,上頁,返回,結(jié)論,聯(lián)接的對稱電路：,(2)線電流相位滯后對應(yīng)相電流30o。,聯(lián)接,下頁,上頁,返回,12.3對稱三相電路的計(jì)算,對稱三相電路由于電源對稱、負(fù)載對稱、線路對稱，因而可以引入一特殊的計(jì)算方法。,1.YY聯(lián)接(三相三線制）,下頁,上頁,返回,以N點(diǎn)為參考點(diǎn)，對N點(diǎn)列寫結(jié)點(diǎn)方程：,下頁,上頁,返回,負(fù)載側(cè)相電壓：,因N，N兩點(diǎn)等電位，可將其短路，且其中電流為零。這樣便可將三相電路的計(jì)算化為單相電路的計(jì)算。,也為對稱電壓,結(jié)論,下頁,上頁,返回,計(jì)算電流：,為對稱電流,電源中點(diǎn)與負(fù)載中點(diǎn)等電位。有無中線對電路情況沒有影響。,對稱情況下，各相電壓、電流都是對稱的，可采用一相（A相）等效電路計(jì)算。其它兩相的電壓、電流可按對稱關(guān)系直接寫出。,結(jié)論,下頁,上頁,返回,Y形聯(lián)接的對稱三相負(fù)載，根據(jù)相、線電壓、電流的關(guān)系得：,2.Y聯(lián)接,解法1,負(fù)載上相電壓與線電壓相等：,下頁,上頁,返回,相電流：,線電流：,下頁,上頁,返回,負(fù)載上相電壓與線電壓相等，且對稱。,線電流與相電流對稱。線電流是相電流的倍，相位落后相應(yīng)相電流30。,根據(jù)一相的計(jì)算結(jié)果，由對稱性可得到其余兩相結(jié)果。,解法2,結(jié)論,下頁,上頁,返回,利用計(jì)算相電流的一相等效電路。,解法3,下頁,上頁,返回,3.電源為聯(lián)接時(shí)的對稱三相電路的計(jì)算,將電源用Y電源替代，保證其線電壓相等。,下頁,上頁,返回,例,下頁,上頁,返回,(1)將所有三相電源、負(fù)載都化為等值YY接電路；,(2)連接負(fù)載和電源中點(diǎn)，中線上若有阻抗可不計(jì)；,(3)畫出單相計(jì)算電路，求出一相的電壓、電流：,(4)根據(jù)接、Y接時(shí)線量、相量之間的關(guān)系，求出原電路的電流電壓。,(5)由對稱性，得出其它兩相的電壓、電流。,對稱三相電路的一般計(jì)算方法:,一相電路中的電壓為Y接時(shí)的相電壓。,一相電路中的電流為線電流。,小結(jié),下頁,上頁,返回,例1,解,畫出一相計(jì)算圖,下頁,上頁,返回,下頁,上頁,返回,例2,對稱三相負(fù)載分別接成Y和型。求線電流。,解,應(yīng)用：Y降壓起動(dòng)。,下頁,上頁,返回,例3,對稱三相電路，電源線電壓為380V，|Z1|=10，cos1=0.6(感性)，Z2=j50，ZN=1+j2。,求：線電流、相電流，畫出相量圖(以A相為例)。,解,畫出一相計(jì)算圖,下頁,上頁,返回,根據(jù)對稱性，得B、C相的線電流、相電流：,下頁,上頁,返回,由此可以畫出相量圖：,下頁,上頁,返回,例4,消去互感，進(jìn)行Y變換，取A相計(jì)算電路,解,下頁,上頁,返回,負(fù)載化為Y接。,根據(jù)對稱性，中性電阻Zn短路。,下頁,上頁,返回,電源不對稱（不對稱程度小，系統(tǒng)保證其對稱)。,電路參數(shù)(負(fù)載)不對稱情況很多。,電源對稱，負(fù)載不對稱(低壓電力網(wǎng))。,分析方法,不對稱,復(fù)雜交流電路分析方法。,主要了解：中性點(diǎn)位移。,12.4不對稱三相電路的概念,討論對象,下頁,上頁,返回,負(fù)載各相電壓：,三相負(fù)載Za、Zb、Zc不相同。,下頁,上頁,返回,負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)不重合。,在電源對稱情況下，可以根據(jù)中點(diǎn)位移的情況來判斷負(fù)載端不對稱的程度。當(dāng)中點(diǎn)位移較大時(shí)，會(huì)造成負(fù)載相電壓嚴(yán)重不對稱，使負(fù)載的工作狀態(tài)不正常。,相量圖,中性點(diǎn)位移,注意,下頁,上頁,返回,例1,(1)正常情況下，三相四線制，中線阻抗約為零。,每相負(fù)載的工作情況相對獨(dú)立。,(2)若三相三線制,設(shè)A相斷路(三相不對稱),燈泡電壓低，燈光昏暗。,照明電路：,下頁,上頁,返回,(3)A相短路,超過燈泡的額定電壓，燈泡可能燒壞。,計(jì)算短路電流：,短路電流是正常時(shí)電流的3倍,注意,下頁,上頁,返回,要消除或減少中點(diǎn)的位移，盡量減少中線阻抗，然而從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來看，中線不可能做得很粗，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整負(fù)載，使其接近對稱情況。,結(jié)論,負(fù)載不對稱，電源中性點(diǎn)和負(fù)載中性點(diǎn)不等位，中線中有電流，各相電壓、電流不存在對稱關(guān)系；,中線不裝保險(xiǎn)，并且中線較粗。一是減少損耗，二是加強(qiáng)強(qiáng)度(中線一旦斷了，負(fù)載不能正常工作)。,下頁,上頁,返回,圖示為相序儀電路。說明測相序的方法,解,例2,應(yīng)用戴維寧定理,當(dāng)C變化時(shí)，N在半圓上移動(dòng),下頁,上頁,返回,若以接電容一相為A相，則B相電壓比C相電壓高。B相燈較亮，C相較暗(正序)。據(jù)此可測定三相電源的相序。,三相電源的相量圖,電容斷路，N在CB線中點(diǎn),電容變化，N在半圓上運(yùn)動(dòng)，因此總滿足：,下頁,上頁,返回,例3,如圖電路中，電源三相對稱。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流表的讀數(shù)均為5A。,求：開關(guān)S打開后各電流表的讀數(shù)。,解,開關(guān)S打開后，表A2的電流數(shù)與負(fù)載對稱時(shí)相同。而表A1和表A3的電流數(shù)等于負(fù)載對稱時(shí)的相電流。,下頁,上頁,返回,1.對稱三相電路功率的計(jì)算,12.5三相電路的功率,Pp=UpIpcos,三相總功率：P=3Pp=3UpIpcos,平均功率,下頁,上頁,返回,(1)為相電壓與相電流的相位差(阻抗角)，不要誤以為是線電壓與線電流的相位差。,(2)cos為每相的功率因數(shù)，在對稱三相制中有cosA=cosB=cosC=cos。,(3)公式計(jì)算電源發(fā)出的功率(或負(fù)載吸收的功率)。,注意,下頁,上頁,返回,例1,已知對稱三相電路線電壓Ul，問負(fù)載接成Y和各從電網(wǎng)獲取多少功率？,解,結(jié)論,(1)當(dāng)負(fù)載由Y改接成時(shí)，若線電壓不變，則由于相電壓與相電流增大倍，所以功率增大3倍。,(2)若負(fù)載的相電壓不變，則不論怎樣連接其功率不變。,下頁,上頁,返回,無功功率,Q=QA+QB+QC=3Qp,視在功率,2）這里的，P、Q、S都是指三相總和。,1）功率因數(shù)也可定義為：cos=P/S,注意,3）不對稱時(shí)無意義,下頁,上頁,返回,對稱三相負(fù)載的瞬時(shí)功率,下頁,上頁,返回,單相：瞬時(shí)功率脈動(dòng),三相：瞬時(shí)功率恒定,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩:mp可以得到均衡的機(jī)械力矩。避免了機(jī)械振動(dòng)。,下頁,上頁,返回,2.三相功率的測量,三表法,若負(fù)載對稱，則需一塊表，讀數(shù)乘以3。,三相四線制,下頁,上頁,返回,二表法,測量線路的接法是將兩個(gè)功率表的電流線圈串到任意兩相中，電壓線圈的同名端接到其電流線圈所串的線上，電壓線圈的非同名端接到另一相沒有串功率表的線上。（有三種接線方式）,三相三線制,注意,下頁,上頁,返回,若W1的讀數(shù)為P1,W2的讀數(shù)為P2，則三相總功率為：,P=P1+P2,下頁,上頁,返回,證明：,因負(fù)載可以變?yōu)閅，故上述結(jié)論仍成立。,p=uANiA+uBNiB+uCNiC,iA+iB+iC=0iC=(iA+iB),p=(uANuCN)iA+(uBNuCN)iB=uACiA+uBCiB,1:uAC與iA的相位差，2是uBC與iB的相位差。,設(shè)負(fù)載是Y型聯(lián)接,注意,下頁,上頁,返回,只有在三相三線制條件下，才能用二表法，且不論負(fù)載對稱與否。,3.按正確極性接線時(shí)，若出現(xiàn)一個(gè)表指針反轉(zhuǎn)即讀數(shù)為負(fù)，將其電流線圈極性反接使指針指向正數(shù)，但此時(shí)讀數(shù)應(yīng)記為負(fù)值。,兩表讀數(shù)的代數(shù)和為三相總功率，單塊表的讀數(shù)無意義。,4.負(fù)載對稱情況下，有：,注意,下頁,上頁,返回,由相量圖分析：,假設(shè)負(fù)載為感性，相電流(即線電流)落后相電壓j。,P=P1+P2=UACIAcos1+UBCIBcos2=UlIlcos1+UlIlcos2,1=302=+30,下頁,上頁,返回,所以,P1=UlIlcos1=UlIlcos(30)P2=UlIlcos2=UlIlcos(+30),下頁,上頁,返回,求：(1)線電流和電源發(fā)出的總功率；(2)用兩表法測三相負(fù)載的功率，畫接線圖求兩表讀數(shù)。,解,例1,已知Ul=380V，Z1=30+j40，電動(dòng)機(jī)P=1700W，cosj=0.8(感性)。,(1),下頁,上頁,返回,電動(dòng)機(jī)負(fù)載：