電路分析基礎(chǔ)三相電路

目錄Sanxiangdianyuan三相電源Sanxiangfuzai三相負(fù)載Xiezhendianludeyingyong三相電路地功率第7章三相電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)了解三相電路中地Y形與Δ形兩種連接方式,理解三相電路中線電壓,相電壓,線電流,相電流地概念與其它們之間地關(guān)系;掌握對稱三相電路地分析計算方法;理解不對稱三相電路地分析方法,掌握三相電路中各種功率地關(guān)系;理解相量法在三相電路中地應(yīng)用。7.1三相電源目前生產(chǎn)與生活中廣泛使用地交流電都是由發(fā)電廠地三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生地。對稱三相感應(yīng)電壓對應(yīng)地相量表達(dá)式為對稱三相交流電地波形圖u0TuAuBuCωt對稱三相交流電地相量圖120°120°120°UBUAUC7.1.1星接三相電源與其供電體制1.三相電源地星形連接三相電源是指能產(chǎn)生對稱三相交流電地供電設(shè)備。三相電源地連接方式有兩種:星形（Y）與三角形（Δ）。XZYNBCA由電源公共點(diǎn)引出地導(dǎo)線為中線(零線),由三相繞組首端引出地導(dǎo)線稱為相線(火線)?；鹁€與零線間地電壓稱為相電壓;電源作Y形三相四線制連接時,可向負(fù)載提供兩種電壓:相電壓與線電壓。其中相電壓數(shù)值上等于發(fā)電機(jī)一相繞組地感應(yīng)電壓?；鹁€與火線間地電壓稱為線電壓。三相電源星接時相電壓與線電壓地關(guān)系XZYNBCA電源中性點(diǎn)通常接地,因此,三個相電壓分別等于A,B,C三點(diǎn)地電位,采用單注腳。根據(jù)電壓等于兩點(diǎn)電位之差:-UBUABUBCUCAUAUBUC-UA-UC3個線電壓對稱！4/7/2023對稱三相電壓與線電壓地關(guān)系-UBUABUBCUCAUAUBUC-UA-UC由相量圖分析可得出線相壓與相電壓之間地關(guān)系:數(shù)量上,線電壓是相電壓地1.732倍;相位上超前與其相對應(yīng)地相電壓30°。即:線電壓與相電壓地通用關(guān)系表達(dá)式工程實(shí)際通常采用線電壓380V,相電壓220V7.1.1星接三相電源與其供電體制1.星接電源地供電體制XZYNBCA三相電源作星形連接時,最大地優(yōu)越性就是可以向負(fù)載提供兩種不同數(shù)值地電壓:火線與火線之間地線電壓;火線與零線之間地相電壓。電源繞組按上述方式連接所構(gòu)成地供電體系稱為三相四線制。電力系統(tǒng)廣泛采用三相四線制地供電方式。7.1.2三角接三相電源與其供電體制1.三相電源地三角形（Δ）連接由圖可看出,電源繞組Δ接時只能向外電路提供一種電壓——線電壓！但此線電壓數(shù)值上等于電源一相繞組地感應(yīng)電壓。XZYBCAABC三相電源繞組首尾相接連成一個閉環(huán),在三個連接點(diǎn)分別向外引出三根火線地連接方式稱為電源地Δ形連接。4/7/20232.三角接電源地供電體制7.1.2三角接三相電源與其供電體制三相電源作△接時,對外只引出三根端線,因此構(gòu)成地供電體制為三相三線制。實(shí)際電源連成Δ接時,由于三相電源地感應(yīng)電壓對稱,所以電源回路內(nèi)部無電流,但若有一相接反時,就會在電源回路內(nèi)造成很大地環(huán)流從而燒壞電源繞組。實(shí)際三相電源作Δ接時,為確保無誤,一般先把3個電源繞組留一個開口,開口處連接一個阻抗極大地電壓表,當(dāng)電壓表讀數(shù)為零時說明連接無誤,這時才能將開口合攏?？碱}思4.妳會用驗(yàn)電筆分辨出三相四線制供電線路上地火線與零線嗎？會用400V以上地交流電壓表測出相,線電壓數(shù)值嗎？1.妳能說出對稱三相交流電地特征嗎？3.三相四線制供電體制中,線,相電壓之間地關(guān)系如何？4/7/2023三源舉解1.已知三相四線制連接方式地電源線電壓試寫出其它線電壓與相電壓地解析式。根據(jù)三個線電壓地對稱關(guān)系可得:根據(jù)相電壓與線電壓地關(guān)系可得:4/7/2023三源舉2.三相發(fā)電機(jī)地相電壓為220V,接成Y連接方式發(fā)電。如果誤將A相接反,此時各線電壓應(yīng)為多少？如果三相全部接反,又將如何？如果誤將A相接反,則:解-UBUBCUC-UA-UCAUBUAUC顯然與A相有關(guān)地線電壓均在數(shù)值上等于相電壓220V,只有與A相無關(guān)地線電壓才等于380V。4/7/2023三源舉3.如果三相電源繞組全部接反,又將如何？假設(shè)沒有接反時A相電壓初相為零,當(dāng)三相全部接反時,各相電壓地相位均發(fā)生了180°變化:解UBUAUC可看出:三個相電壓超前,滯后地關(guān)系并沒有改變,可以推導(dǎo)出,三個線電壓數(shù)值不變,分別為相電壓地1.732倍,在相位上也分別超前與其相對應(yīng)地相電壓30°。4/7/2023習(xí)題練1.已知三相四線制連接方式地電源相電壓試寫出其它相電壓與線電壓地解析式。2.三相電源地相電壓均為220V,接成Δ形連接方式。如果誤將A相接反,此時電源內(nèi)部會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？3.三相發(fā)電機(jī)地三個繞組共有六個端子,如何借助電壓表將三相發(fā)電機(jī)接成Y形？4/7/20237.2三相負(fù)載7.2.1三相負(fù)載地兩種連接方式三相負(fù)載是指需與三相電源連接才能正常工作地用電設(shè)備。三相負(fù)載地連接方式也有:星形（Y）與三角形（Δ）兩種。這是常見三相負(fù)載地連接方式。其中圖（a）是三相四線制Y接;圖（b）是三相三線制Y接;圖（c）是三相三線制Δ接。4/7/2023★7.2.2三相對稱負(fù)載電路1.對稱三相負(fù)載地星形（Y）連接三相電源總是對稱地,當(dāng)三相負(fù)載地復(fù)阻抗符合NBCAN′B′C′A′ZAZBZCZLZLZNZL火線上地電流稱為線電流,負(fù)載中地電流稱為相電流相電流與線電流相等嗎線路阻抗中線電流地對稱關(guān)系時,所構(gòu)成地電路稱為對稱三相電路。4/7/2023對稱三相Y接電路地分析由于三相電路對稱,所以式中分子為零,因此中點(diǎn)電壓為零,即:ZN對稱三相電路中,若輸電線上地阻抗不能忽略時,就必定存在中點(diǎn)電壓,應(yīng)用彌爾曼定理可得中點(diǎn)電壓:4/7/2023顯然,三相電壓,電流均對稱,中線電流iN=0！NBCAN′B′C′A′ZAZBZCZLZLZNZL對稱三相Y接電路地分析三相電路對稱時,中點(diǎn)電壓為零,各相負(fù)載中通過地電流:4/7/2023電源線電壓為380V,對稱三相負(fù)載Y接,Z=3+j4Ω,求:各相負(fù)載中地電流與中線電流。解例設(shè)根據(jù)對稱關(guān)系:對稱三相電路地計算可歸結(jié)為一相電路計算,其它兩相根據(jù)對稱關(guān)系可直接寫出。結(jié)論:則有解得中線電流實(shí)用中,三相電動機(jī),變壓器等都是對稱三相負(fù)載。對稱三相Y接電路地分析4/7/2023對稱三相Y接電路地分析對稱三相用電器中通常不設(shè)置中線。舉例已知對稱Y接電路線電壓為380V,負(fù)載Z=3+j4Ω,求:各相負(fù)載中地電流與中線電流。解因電路對稱,IN=0,只需求負(fù)載中通過地電流。設(shè)有根據(jù)對稱關(guān)系:顯然,對稱三相電路地計算可歸結(jié)為一相電路地計算！4/7/2023下圖所示為負(fù)載為Δ形連接地對稱三相電路。由于三相電路對稱,所以三個相電流與三個線電流必然都是對稱:2.對稱三相負(fù)載地三角形（Δ）連接線電流是相電流地1.732倍,相位上滯后對應(yīng)相電流30°ACB線電流相電流ZZZiAiABiBiCiBCiCAIAIBIC4/7/2023對稱三相負(fù)載地三角接電路分析方法觀察相量圖可得:-IBCIAICA-IBIAB-IC即:線,相電流地數(shù)量關(guān)系為:相位上,線電流滯后相電流30°。對稱三相負(fù)載三角接時,總有UP＝UL,UL＝1.732UP4/7/2023三路舉1.有一對稱三相負(fù)載,每相電阻R＝4Ω,電感XL＝3Ω,連成星形接于線電壓為380V地對稱三相電源上,求其相電流與中線電流。因負(fù)載為星形連接,所以負(fù)載端電壓等于電源相電壓220V,設(shè)uAB為參考相量,則:解根據(jù)對稱關(guān)系有:根據(jù)對稱Y接電路中線電流與各相電流地關(guān)系:4/7/2023三路舉1.有一對稱三相負(fù)載,每相電阻R＝4Ω,電感XL＝3Ω,連成三角形接于線電壓為380V地對稱三相電源上,求其相電流與線電流。因?yàn)樨?fù)載為三角形連接,所以負(fù)載端電壓等于電源線電壓,設(shè)uAB為參考相量,則:解根據(jù)對稱關(guān)系有:根據(jù)對稱電路線電流與相電流地關(guān)系:4/7/2023習(xí)題練1.有一對稱三相負(fù)載,試比較下列兩種情況下通過各相負(fù)載地相電流與線電流:（1）連接成星形接于線電壓為380V地對稱三相電源;2.對稱三相負(fù)載地阻抗為Z＝6＋j8Ω,電路地線電壓為380V,當(dāng)它們作三角形連接時,求三相負(fù)載中地相電流與線電流。（2）連接成三角形后接于線電壓為220V地對稱三相電源。課堂實(shí)踐:對稱三相電路電壓,電流地測量實(shí)驗(yàn)電路1．先把三相電源調(diào)整好,使得線電壓為380V,相電壓為220V。2.按圖接好線路,如果負(fù)載采用三相燈箱,可分別取相同地?zé)舯K數(shù),使之構(gòu)成對稱三相Y接負(fù)載。先測量各相電壓,再測量各相電流,記錄并填寫在下表中。實(shí)驗(yàn)步驟連接方式電壓單位/V,電流單位/AUABUBCUCAUAUBUCIAIBICY形對稱

課堂實(shí)踐:對稱三相電路電壓,電流地測量實(shí)驗(yàn)電路1.三相燈負(fù)載改為如圖7.8所示地三角形連接。首先調(diào)整電源線電壓地數(shù)值,為保證燈負(fù)載不超過其額定電壓,電源線電壓應(yīng)調(diào)整在220V。2.測量相電流與線電流,驗(yàn)證是否符合地關(guān)系。記錄并填寫在下表。實(shí)驗(yàn)步驟連接方式電壓單位/V,電流單位/AUABUBCUCAIABIBCICAIAIBIC△接對稱

4/7/2023★7.2.3單相電源接到三相電源地情況實(shí)際應(yīng)用中,日常辦公與生活中用到地照明電路,計算機(jī),電扇,空調(diào),吹風(fēng)機(jī)等都屬于單相用電設(shè)備。照明電路等單相設(shè)備接到三相電源時均采用三相四線制單相負(fù)載接到三相電源上,只能連接在三相電源地火線與零線之間,構(gòu)成單相供電體制,如左圖所示地三相照明電路。UVWN………4/7/2023單相負(fù)載接到三相電路中能否采用三相三線制供電？實(shí)際生活中,單相設(shè)備也都是采用發(fā)電廠發(fā)出地三相交流電。L1L1L1N單相負(fù)載三相負(fù)載...單相負(fù)載單相負(fù)載由圖可看出,因三相設(shè)備對稱而不需求中線,均采用三相三線制;而單相用電器都是接在火線與零線之間,需要有中線！工程實(shí)際把單相負(fù)載往三相電源上連接時,通常盡量保持三相對稱,以減小中線電流。4/7/2023不對稱三相Y接電路實(shí)例分析假設(shè)某教學(xué)大樓有三層,安裝時各層用電器對稱連接于三相電源如圖示。中線因截面較細(xì)阻抗可忽略。無論三層樓中每層照明負(fù)載工作時是否對稱,只要有中線（中線阻抗忽略不計）,各層樓地照明負(fù)載都是連接在三相四線制地火線與零線之間,設(shè)線路電壓有效值為380V,則各層照明負(fù)載上均可得到220V地工作電壓,即它們都能正常工作。A一層樓二層樓三層樓CBN.........有中線時,三相照明負(fù)載可以正常工作嗎？問題提出4/7/2023不對稱三相Y接電路實(shí)例分析中線斷開,且一層樓發(fā)生短路故障,此時B,C兩相照明負(fù)載均與A相構(gòu)成通路,因此B,C兩相負(fù)載電壓實(shí)際為電源線電壓,是它們額定工作電壓地1.732倍,B,C兩相負(fù)載會因過壓而損壞！A一層樓二層樓三層樓CBN.........設(shè)三層照明負(fù)載對稱,當(dāng)中線斷開,且一層樓發(fā)生故障短路,各相還能正常工作嗎？會出現(xiàn)什么情況？問題提出照明電路安裝時雖然對稱,實(shí)際工作時往往不對稱4/7/2023不對稱三相Y接電路實(shí)例分析中線斷開,且一層樓發(fā)生故障開路時,B,C兩相負(fù)載構(gòu)成串聯(lián)通路后接于兩火線間,兩相負(fù)載將平分線電壓。實(shí)際加在各相負(fù)載地電壓為U線/2,兩相負(fù)載都會因欠壓而不能正常工作！A一層樓二層樓三層樓CBN.........設(shè)三層照明負(fù)載對稱,當(dāng)中線斷開,且一層樓故障開路,各相負(fù)載還能正常工作嗎？又會出現(xiàn)什么情況？問題提出三相照明負(fù)載構(gòu)成地Y接電路,需要有中線！4/7/2023中作用使Y接不對稱三相負(fù)載地相電壓保持對稱！中線作用無中線時,三相照明負(fù)載地端電壓將互相牽制,相互影響,三相不對稱時會出現(xiàn)過壓或欠壓情況。因此,需要確保中線(零線)在運(yùn)行中安全可靠不斷開,規(guī)定中線上不允許安裝保險絲與開關(guān)！三相照明負(fù)載特指單相負(fù)載接在三相電源上地情況。無論安裝時三相照明負(fù)載是否對稱,它們實(shí)際工作時往往處于不對稱工作狀態(tài)。對于三相照明電路,各相都是接在火線與零線之間,因此需要采用三相四線制供電系統(tǒng),而且需要保證中線(零線)可靠。4/7/2023三相四線制供電線路,如果其中一相出現(xiàn)了故障（斷路或者短路）,問其它兩相工作是否受到影響？為什么？2.額定電壓為220V,額定功率為100W地電燈共120盞,平均安裝在三相Y接電路上,已知電源線電壓為380V,問電燈全接通時各相電流與各線電流為多少？這個照明電路需求中線嗎？3.對稱三相負(fù)載地阻抗為Z＝6＋j8Ω,電路地線電壓為380V,當(dāng)它們作星形連接時,求三相負(fù)載中地相電流與線電流。習(xí)題練4/7/20234.已知圖示電路中電壓表讀數(shù)為380V,當(dāng)S1與S2都閉合時,求各電流表地讀數(shù)。若S1閉合,S2打開,各電流表讀數(shù)是多少？若S2閉合,S1打開,各電流表讀數(shù)又是多少？A1AA2BCA4S1A310ΩS2A5A610Ω10ΩVV習(xí)題練課堂實(shí)踐:不對稱三相電路電壓,電流地測量實(shí)驗(yàn)電路1.先把三相電源調(diào)整好,使得線電壓為380V,相電壓為220V。2.三相燈負(fù)載分別取不同地?zé)舯K數(shù),使之構(gòu)成不對稱三相Y接負(fù)載。先測量不對稱負(fù)載情況下有中線時地各相電流,中線電流與各相電壓,線電壓與中線電壓UNN'。記錄并填寫在表7.3中。3.把中線從負(fù)載中性點(diǎn)處與電源斷開,再測量Y接不對稱且無中線時地各相電流,中線電流,各相電壓,各線電壓,記錄在表7.3中。實(shí)驗(yàn)步驟4/7/20237.3三相電路地功率三相電路地總有功功率等于各相有功功率之與。即:當(dāng)對稱三相負(fù)載星形連接時,有:若三相負(fù)載對稱,則總有功功率:若對稱三相負(fù)載作三角形連接時,有:可得出由線電壓與線電流表示地三相有功功率表達(dá)式:同樣可得出:對稱三相電路地瞬時功率是常量,等于三相總有功功率4/7/2023三相電路地?zé)o功功率與視在功率三相電路不對稱時,各相功率需要單獨(dú)計算后疊加注意:有功功率地單位是瓦特[W];無功功率地單位是乏爾[var];視在功率地單位是伏安[VA]。三相電路不對稱時,三相電路地?zé)o功功率:對稱三相電路地?zé)o功功率:對稱三相電路地視在功率:三相電路不對稱時,三相電路地視在功率:4/7/2023三相電路分析時應(yīng)注意事項(xiàng)1.三相電源一般都是對稱地,且大多采用三相四線制供電方式。2.三相負(fù)載有星形與三角形兩種連接方式。其中Y形連接且負(fù)載對稱時:Δ形連接負(fù)載對稱時: