電工技術(shù)基礎(chǔ)（第3版） 課件 模塊三 三相交流電路的測量和學(xué)習(xí)

模塊三三相交流電路任務(wù)一三相交流電源任務(wù)二三相負(fù)載的聯(lián)接任務(wù)三三相電路的功率模塊三三相交流電路2三相交流電路RS1RS2RS3A1RS4RS5RS6A2RS7RS8RS9A3L1（火線）L2（火線）N（零線）L3（火線）AVV1演示電路:三相負(fù)載的星形連接3三相交流電路所有開關(guān)閉合只有S7、S4斷開問題1、三相負(fù)載星形連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問題2、三相負(fù)載星形連接相電流與線電流的關(guān)系是什么？問題3、三相負(fù)載星形連接時中線的的作用？演示結(jié)果A3(mA)A2(mA)A(mA)A1(mA)V(V)V1（V）326.6322.60322.6380220110.0380220326.6221.2221.24三相交流電路RRRS1A1RS7RS8RS9A3L2(火線)L3(火線)N（零線）L1火線)AVV1S2S3A2RS4RS5RS6演示電路：三相負(fù)載的三角形連接5三相交流電路所有開關(guān)均閉合問題1、三相對稱負(fù)載三角連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問題2、三相不對稱負(fù)載三角連接相電壓與線電壓的關(guān)系是什么？問題3、三相對稱負(fù)載三角形連接相電流與線電流的關(guān)系是什么？演示結(jié)果A3A2AA1VV1220V220V560.6mA322.2mA322.2mA322.2mA6三相交流電路

三相交流供電系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和用電方面與單相相比有造價低、節(jié)省金屬材料、性能好等許多優(yōu)點，發(fā)電廠均以三相交流方式向用戶供電?，F(xiàn)介紹三相交流電的供電方式、三相負(fù)載用電的聯(lián)接方式及三相電功率及得出以上結(jié)論的原因。7三相交流電路任務(wù)一三相交流電源

與作用三相交流電源1.概念

由三個幅值相等、頻率相同、相位互差120o的單相交流電動勢按一定方式連接起來所構(gòu)成的電源稱為三相交流電源。由三相電源構(gòu)成的電路稱為三相交流電路。三相交流電源一般來自三相交流發(fā)電機或變壓器副邊的三相繞組。三相交流發(fā)電機的基本原理如圖3-1所示。任務(wù)一三相交流電源9三相交流電源圖3-1三相交流發(fā)電機原理圖三相交流電源

發(fā)電機的固定部分稱為定子,其鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有溝槽,放置結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2。它們的空間位置互差120o，分別稱為U相、V相、W相,工程上以黃、綠、紅三種顏色標(biāo)志。引出線的始端用U1、V1、W1表示，末端用U2、V2、W2表示。2.三相發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及工作原理

轉(zhuǎn)動的磁極稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有直流勵磁繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動機拖動作勻速轉(zhuǎn)動時，三相定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場而產(chǎn)生三相交流電動勢。11三相交流電源三相電源瞬時值表達式為：對稱三相正弦量的波形圖和相量圖如圖3-2所示。（3-1）12三相交流電源0ωt2πuWuVuUuπ120012001200圖3-2三相對稱正弦量的波形圖和相量圖三相交流電依次達到最大值的順序，若為UVW,稱為順相序；如果按照UWV，則稱為逆相序。13三相交流電源

將三個繞組的末端U2、

V2、W2

連在一起引出一根連線稱為中性線（或稱零線），三個繞組的始端U1、V1、W1分別引出的三根線稱為端線L1、L2、L3（俗稱火線）,這種聯(lián)接稱為電源的星形聯(lián)接。如圖3-3所示。3.三相電源的星形聯(lián)接14三相交流電源連接V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuW圖3-3電源的星形聯(lián)接端線(火線)中線(零線)端線(火線)端線(火線)相電壓:電源每相繞組兩端的電壓稱為電源相電壓。參考方向規(guī)定從繞組始端指向末端，用uU、uV、uW表示，有效值用UP表示。三相四線制:由三根端線和一根中線所組成的供電方式稱為三相四線制(如圖3-3)所示)。三相三線制:只用三根端線組成的供電方式稱為三相三線制。15三相交流電源連接

任意兩根端線之間的電壓稱為線電壓，用uUV、uVW、uWU

表示，如圖3-4所示。V2V1W1W2U2U1L1NL2L3uUuVuWuUVuVWuWU圖3-416三相交流電源連接線電壓和相電壓之間的關(guān)系為：(3-2）等效代替17三相交流電源連接UUV．－UＵ．30°30o30oUWU．UVW．UＶ．UＵ．－UＶ．－UＷ．Uｗ．圖3-5相電壓與線電壓關(guān)系的相量圖18三相交流電源連接由圖3-5可得出，三個線電壓對稱。用UL表示線電壓的有效值（3-3）19三相交流電源連接線電壓為相電壓的倍。（3-4）

線電壓的相位導(dǎo)前對應(yīng)的相電壓相位30o

。線電壓、相電壓均為對稱電壓。通常情況下三相四線制低壓供電系統(tǒng)，線電壓為380V，相電壓為220V。20三相交流電源連接4、三相電源的三角形聯(lián)接如果將三相發(fā)電機的三個繞組依次首（始端）尾（末端）相連，接成一個閉合回路，則可構(gòu)成三角形聯(lián)接。從三個連接點引出的三根線即為三根端線。如圖3-6所示。21三相交流電源連接圖3-6三相電源的三角形聯(lián)接WU1(W2)V1(U2)W1(V2)UVuWUuUVuVW.UW＝UWU.UU.＝UUV..UV＝UVW.圖3-7線電壓等于相電壓

兩根相線之間的電壓也是對應(yīng)線圈之間的相電壓22三相交流電源連接

當(dāng)三相電源作三角形聯(lián)接時，只能是三相三線制，而且線電壓等于相電壓。通常三相電源選用星形連接的方式23三相交流電源連接UP=UL例1：三相發(fā)電機接成三角形供電。如果誤將U相接反，會產(chǎn)生什么后果？如何使連接正確？(b)電壓相量圖24(a)三相發(fā)電機的錯誤接線圖WU2(W2)V1(U1)W1(V2)UV三相交流電源連接

解：U相接反時，電源回路中的電流為：由于回路中的電流過大，會造成三相電源的損壞。三相發(fā)電機正確接線圖

25WU1(W2)V1(U2)UV三相交流電源連接思考題１．對稱三相電源星形連接時，ＵL=

UP,線電壓的相位超前于它所對應(yīng)相電壓的相位

。

V，3．正序?qū)ΨQ三相三角形連接電源，相電壓

V

，

V，

V，

V。

V，300則

V，

V，

V。２．正序?qū)ΨQ三相星形連接電源，若220/-1200220/1200220/-1500380/1500220/-300220/900220/-300220/-1500026三相交流電源連接任務(wù)二三相負(fù)載的連接三相交流電源任務(wù)二三相負(fù)載的聯(lián)接

負(fù)載有單相負(fù)載與三相負(fù)載之分。對于單相負(fù)載，應(yīng)根據(jù)其額定電壓接入電路。若負(fù)載所需的電壓是電源的相電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與中線之間。如圖3-8(a)圖3-8

(a)UVWNZUZVZW28三相交流負(fù)載連接

若負(fù)載所需的電壓是電源的線電壓，應(yīng)將負(fù)載接到端線與端線之間。如圖3-8(b)

UVWN圖3-8（b)ZUVZVWZWU29三相交流負(fù)載連接

三相負(fù)載有兩種情況：一種是將三個（或三組）單相負(fù)載分別接到三相電源的每一相上，組成三相負(fù)載。另一種是負(fù)載本身就是要求三相電源供電的三相負(fù)載。例如三相交流電動機、三相電爐等。

30三相交流負(fù)載連接

按照電源與負(fù)載聯(lián)接方式不同，三相電源與負(fù)載有四種接法，即：Y-Y、Y-Δ、Δ-Y、Δ-Δ。但對用戶來講，電源繞組如何連接并不太關(guān)心。只討論三相負(fù)載本身的聯(lián)接：星形（Y）聯(lián)接和三角形（Δ）聯(lián)接。

若三相電源上接入的負(fù)載完全相同（阻抗值相等、阻抗角相等），稱為三相對稱負(fù)載。31三相交流負(fù)載連接圖3-9三相負(fù)載的星形聯(lián)接NUVWUVNWuUuWuViN一、三相負(fù)載的星形聯(lián)接ZUZWZV三相四線制電路32三相交流負(fù)載連接圖3-9中

在忽略輸電線阻抗時，每相負(fù)載兩端的電壓是電源的相電壓（UUN、UVN、UWN）。

每相負(fù)載中的電流稱為相電流IP（IUN、IVN、IWN）。

每根端線上的電流稱為線電流IL（IU、IV、IW）。

中線上的電流稱為中線電流IN。電源的線電壓有效值是負(fù)載相電壓有效值的倍。UL=UP33三相交流負(fù)載連接各相負(fù)載的電流分別為：（3-5）各端線電流等于對應(yīng)的相電流（3-6）（3-7）線電流等于相電流IP=IL34三相交流負(fù)載連接例2：

三相四線制電路中,星形負(fù)載各相阻抗分別為ZU＝8+j6Ω，ZV＝3－j4Ω，ZW＝10Ω，電源線電壓為380V,求各相電流及中線電流。1、不對稱三相負(fù)載

當(dāng)三相負(fù)載不對稱時，中性線有電流，可以從相量圖中或相量復(fù)數(shù)運算中分析求解。

解：35三相交流負(fù)載連接

設(shè)：各相電流及線電流分別為：36三相交流負(fù)載連接中線電流：37三相交流負(fù)載連接三相負(fù)載對稱的條件：或:ZU=ZV=ZW=Z（3-8）（3-9）38三相交流負(fù)載連接2、對稱三相負(fù)載（1）各相電流對稱即：

各相電流大小相等，相位依次互差120039三相交流負(fù)載連接wt0

iWNiVNiUNi(a)波形圖t2t1UW．UV．UＵ．（b）相量圖圖3-10對稱三相負(fù)載星形聯(lián)接時電流波形圖和相量圖星形聯(lián)接的對稱三相負(fù)載,中性線可以省去。為什么？40三相交流負(fù)載連接（3-10）（3-11）中線電流的計算:相電流瞬時值代數(shù)和、相量和均為零，中線電流為零。41三相交流負(fù)載連接例3：額定電壓為220V、額定功率為40W的白熾燈共9盞均勻分別安裝在220V/380V供電系統(tǒng)的三相電網(wǎng)上，求：（1）這些白熾燈應(yīng)如何連接在三相電源上？畫出電路圖；（2）試求白熾燈全部點亮?xí)r各相電流，并畫出相量圖；（3）討論一下此時需不需要中線。三相交流負(fù)載連接

解：（1）必須將9盞燈分成三組，按Y形連接的方式接在三相電路上，其電路圖如圖3-11所示，相量如圖3-12所示。圖3-11例3的電路圖

圖3-12例3的相量圖三相交流負(fù)載連接L1L2NL3L1L2NL3（2）每盞燈電阻為白熾燈全部點亮?xí)r，每相負(fù)載電阻為各相電流的有效值為三相交流負(fù)載連接（3）當(dāng)所有白熾燈點亮?xí)r，構(gòu)成三相對稱負(fù)載，中線電流為零，可以不要中線，但在實際應(yīng)用中，不可能所有的燈泡全亮，因而負(fù)載多數(shù)情況是不對稱的，所以必須安裝中線。三相交流負(fù)載連接3、三相三線制電路圖3－13負(fù)載為Y形連接的三相三線制電路

46三相交流負(fù)載連接（1）三相負(fù)載對稱

由于負(fù)載對稱，中線電流為零，忽略線路阻抗，省去中線后，負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓，負(fù)載也能正常工作。47三相交流負(fù)載連接（2）三相負(fù)載不對稱，則3-14中點位移相量圖

稱為中性點位移三相交流負(fù)載連接會使負(fù)載的電壓嚴(yán)重不對稱使負(fù)載的工作不正常

49三相交流負(fù)載連接各相電流：

負(fù)載不對稱而又沒有中線時，負(fù)載上可能得到大小不等的電壓，有的超過用電設(shè)備的額定電壓，有的達不到額定電壓，都不能正常工作。比如，照明電路中各相負(fù)載不能保證完全對稱，所以絕對不能采用三相三相制供電，而且必須保證零線可靠。關(guān)于中線的結(jié)論50中線的作用

中線的作用在于，使星形連接的不對稱負(fù)載得到相等的相電壓。為了確保零線在運行中不斷開，其上不允許接保險絲，也不允許接刀閘。例4：

如圖所示電路是用來測定三相電源相序的儀器，稱為相序指示器，任意指定電源的一相為U相，把電容C接到U相上，兩只白熾燈分別接到另外兩相上，設(shè)R=1/ωC，試說明如何根據(jù)兩只燈的亮度來確定V、W相。VWURCR3-15例4圖三相交流負(fù)載連接解：這是一個不對稱的星形負(fù)載連接電路，其相量如圖所示。設(shè)：則3-16例4題相量圖三相交流負(fù)載連接顯然﹥從而可知，較亮的燈接入的為V相，較暗的為W相。三相交流負(fù)載連接例5：試分析原對稱星形連接的負(fù)載（無中線）有一相負(fù)載短路和斷路時，各相電壓的變化情況。解：（1）設(shè)U相短路N/NN/iUZUZWZViWiVuUuWuV圖3－17對稱星形U相短路連接的三相三線制電路54三相交流負(fù)載連接當(dāng)其中一相短路時,其它兩相電壓的有效值升高到正常工作電壓的倍55三相交流負(fù)載連接圖3－18負(fù)載U相斷路對稱Y形連接的三相三線制電路

NiUZViWuUiVuWuVZWZU（2）設(shè)U相斷路56三相交流負(fù)載連接當(dāng)其中一相斷路時,其它兩相電壓的有效值是原來正常工作電壓的倍。57三相交流負(fù)載連接圖3-19負(fù)載的三角形聯(lián)接二、負(fù)載的三角形聯(lián)接UVWWVUZUVZWUZVW58三相交流負(fù)載連接

每相負(fù)載兩端的電壓都是電源的線電壓（UL=UP），各負(fù)載中流過的電流為負(fù)載的相電流。（3-14）59三相交流負(fù)載連接各端線電流與各相電流的關(guān)系：設(shè)三相對稱負(fù)載為感性負(fù)載，則每相負(fù)載的電流均滯后對應(yīng)的電壓φ角。（3-15）60三相交流負(fù)載連接圖3-20三相對稱感性負(fù)載三角形聯(lián)接時各相電流及各線電流的相量圖61三相交流負(fù)載連接從圖3-20相量圖中可知，三個相電流和三個線電流均是數(shù)值相等、頻率相同、相位互差120o的三相對稱電流。可以證明，線電流和相電流存在如下關(guān)系。你可要記住了?。?-16）線電流落后相應(yīng)的相電流300的相位角。62三相交流負(fù)載連接例6：三相對稱負(fù)載，每相Z=3+4jΩ，接到UL=380V的三相電源上，計算負(fù)載作三角形聯(lián)接時的相電流、線電流。解：設(shè)63三相交流負(fù)載連接負(fù)載各相電流為：64三相交流負(fù)載連接負(fù)載各線電流為：65三相交流負(fù)載連接例7：某三相交流異步電動機每相繞組額定電壓為380V，額定電流為10A，功率因數(shù)為0.85，電源是220V/380V的電網(wǎng)，頻率50Hz，試求（1）電動機三相繞組應(yīng)如何連接？（2）求每相繞組的等值阻抗、等值電阻與電感。（3）求各相電流和線電流的大小。解：（1）由于電動機每相繞組的額定電壓為380，因而三相異步電動機繞組應(yīng)選擇三角形連接三相交流負(fù)載連接（2）每相繞組的等值阻抗為等值電阻為等值電感為三相交流負(fù)載連接（3）額定運行時，其相電流與線電流的大小分別為：IP=10AIL=17.3A三相交流負(fù)載連接思考題

1.將圖3-18中的各相負(fù)載分別接成星形或三角形，電源的線電壓為380V，相電壓為220V。每只燈的額定電壓為220V，每臺電動機的額定電壓為380V。UVWN圖3-18a69思考題UVWN圖3-18bDDDDDD70三相交流負(fù)載連接白熾燈的聯(lián)結(jié)方式如圖所示UVWNUVWNDDDDDD電動機的聯(lián)結(jié)方式如圖所示71三相交流負(fù)載連接任務(wù)三三相電功率三相交流電源一、三相負(fù)載的有功功率

其中UU、UV、UW分別為各相電壓的有效值，IU、IV、IW分別為各相電流的有效值。分別為各相負(fù)載的功率因數(shù)73三相電功率

若三相負(fù)載是對稱的，各相負(fù)載的阻抗、功率因數(shù)也相等，則三相電壓、電流分別對稱，有效值分別相等，即:三相總有功功率為（3-17）74三相電功率當(dāng)負(fù)載為星形聯(lián)接時當(dāng)負(fù)載為三角形聯(lián)接時

在對稱三相電路中，無論負(fù)載接成星形還是三角形，總有功功率均為（3-18）75三相電功率

無論負(fù)載接成星形還是三角形，三相總無功功率均為(3-19)二、三相負(fù)載的無功功率若負(fù)載對稱，則各相負(fù)載的無功功率相等，均為三、三相負(fù)載的視在功率(3-20)76三相電功率cosφ是每相負(fù)載的功率因數(shù)

當(dāng)三相負(fù)載對稱時，無論負(fù)載是星形聯(lián)接還是三角形聯(lián)接，電路的有功功率、無功功率、視在功率、均是以下公式77三相電功率例8：有一對稱三相負(fù)載，每相阻抗Z＝80+j60Ω，電源線電壓UL＝380V。求三相負(fù)載分別連接成星形和三角形時電路的有功功率和無功功率。解：（1）負(fù)載作星形聯(lián)接時78三相電功率由阻抗三角形可得：星形連接功率分別為：79三相電功率（2）負(fù)載作三角形聯(lián)接時80三相電功率從上面的計算可以得到如下關(guān)系你記住了嗎?(3-21)81三相電功率典例分析三相交流電源

[典例3-1]星形（Y）連接的負(fù)載，接到線電壓為380V的三相正弦電壓源，試求：（1）各相負(fù)載ZU=ZV=ZW=10Ω時的各相電流和中線電流；（2）各相負(fù)載ZU=ZV=ZW=10Ω不變，中性線斷開后的各相電流；（3）負(fù)載ZU=20Ω、ZV=ZW=10Ω時，各相電流及中線電流；（4）負(fù)載性質(zhì)不變，如果U相電流不變，V、W相電流減半，中線電流等于多少？典例解析解：（1）負(fù)載相電壓的有效值設(shè)

則各相電流典例解析中線電流（2）由于三相負(fù)載對稱，線電流與相電流相等并且對稱，中線電流為零，所以中線斷開后，電路不受影響，各相電流和（1）中一樣。（3）各相電壓不變，不變，U相電流及中線電流則為典例解析（4）負(fù)載性質(zhì)不變，則中線電流典例解析[典例3-2]如圖3-20所示，三角形（Δ）連接的負(fù)載，接到線電壓為380V的三相正弦電壓源，試求：（1）各相負(fù)載ZUV=ZVW=ZWU=10Ω時的各相電流和線電流；（2）若負(fù)載ZUV斷開，ZVW=ZWU=10Ω不變，求各相電流和線電流。解：（1）為了和典例3-1比較，設(shè)則

典例解析UVWWVUZUVZWUZVWiUViWUiVWiViWiU圖3-20典例3-2圖

典例解析各相電流

根據(jù)三相對稱負(fù)載三角形連接，線電流等于

倍的相電流，角度滯后各自對應(yīng)的相電流30°可得典例解析（2）UV相負(fù)載斷開，不變，U相電流及中線電流則為典例解析[典例3-3]

三相對稱電路如圖3-21所示，已知Z=4+j3Ω，

求負(fù)載電流

典例解析+Z-++--ZZUVW圖3-21解：（1）先將三角形連接電源轉(zhuǎn)換為星形連接，但需要保證

不變，等效電路如圖3-22所示。典例解析+-++--UVWUVW+++---（a）（b）

圖3-22典例3-3圖解（1）對3-22（a）圖有

對3-22（b）圖有

所以

即有

根據(jù)電源的對稱性有

典例解析（2）將原負(fù)載接到等效的電源上，如圖3-23所示。典例解析UVW+++---ZZZ圖3-23典例3-3圖解（2）所以

由于三相電源對稱、三相負(fù)載對稱，所以每相負(fù)載的電壓等于電源的相電壓，有

根據(jù)對稱性

典例解析[典例3-4]三相對稱交流電路中電壓表接于兩相線之間，電流表串接在相線上，兩表讀數(shù)分別為380V、5A，試求：（1）若三相負(fù)載星形（Y）連接，則負(fù)載的相電壓、相電流及每相負(fù)載阻抗分別等于多少？（2）若三相負(fù)載三角形連接，則負(fù)載的相電