三相電路分析經(jīng)典篇.ppt

1、第8章 三相電路,重點(diǎn),1.三相電路的基本概念,2.對(duì)稱三相電路的分析,3.不對(duì)稱三相電路的概念,4.三相電路的功率,三相電路是由三個(gè)頻率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦電動(dòng)勢(shì)作為供電電源的電路。,三相電路的優(yōu)點(diǎn)：,（1）發(fā)電方面：比單相電源可提高功率50；,（2）輸電方面：比單相輸電節(jié)省鋼材25；,（3）配電方面：三相變壓器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)且便于接 入負(fù)載；,（4）運(yùn)電設(shè)備：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠、維 護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。,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，即：,（1）特殊的電源,（2）特殊的負(fù)載,（3）特

2、殊的連接,（4）特殊的求解方式,1.對(duì)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(duì)稱三相電源。,三相同步發(fā)電機(jī)示意圖,8.1 三相電路,（1） 瞬時(shí)值表達(dá)式,（2） 波形圖,A、B、C 三端稱為始端， X、Y、Z 三端稱為末端。,（3） 相量表示,（4） 對(duì)稱三相電源的特點(diǎn),正序(順序)：ABCA,負(fù)序(逆序)：ACBA,相序的實(shí)際意義：對(duì)三相電動(dòng)機(jī)，如果相序反了，就會(huì)反轉(zhuǎn)。,以后如果不加說(shuō)明，一般都認(rèn)為是正相序。,正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),（5） 對(duì)稱三相電源的相序,三相電源中各相電源經(jīng)過(guò)同一值(如最大值)的先后順序,

3、2. 三相電源的聯(lián)接,把三個(gè)繞組的末端 X, Y, Z 接在一起，把始端 A,B,C 引出來(lái),X, Y, Z 接在一起的點(diǎn)稱為Y聯(lián)接對(duì)稱三相電源的中性點(diǎn)，用N表示。,（1）星形聯(lián)接(Y聯(lián)接),（2）三角形聯(lián)接(聯(lián)接),三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電源沒(méi)有中點(diǎn)。,三個(gè)繞組始末端順序相接。,名詞介紹：,(1) 端線(火線)：始端A, B, C 三端引出線。,(2) 中線：中性點(diǎn)N引出線， 接無(wú)中線。,(3) 三相三線制與三相四線制。,(5) 相電壓：每相電源的電壓。,(4) 線電壓：端線與端線之間的電壓。,3. 三相負(fù)載及其聯(lián)接,三相電路的負(fù)載由三部分組成，其中每一部分叫做一 相負(fù)載，三相負(fù)載也有星型和三

4、角形二種聯(lián)接方式。,星形聯(lián)接,三角形聯(lián)接,稱三相對(duì)稱負(fù)載,負(fù)載的相電壓：每相負(fù)載上的電壓。,線電流：流過(guò)端線的電流。,相電流：流過(guò)每相負(fù)載的電流。,負(fù)載的線電壓：負(fù)載端線間的電壓。,4. 三相電路,三相電路就是由對(duì)稱三相電源和三相負(fù)載聯(lián)接起來(lái)所組成的系統(tǒng)。工程上根據(jù)實(shí)際需要可以組成：,當(dāng)組成三相電路的電源和負(fù)載都對(duì)稱時(shí)，稱對(duì)稱三相電路,三相四線制,1. Y聯(lián)接,8.2 對(duì)稱三相電源線電壓（電流） 與相電壓（電流）的關(guān)系,利用相量圖得到相電壓和線電壓之間的關(guān)系：,線電壓對(duì)稱(大小相等， 相位互差120o),一般表示為：,對(duì)Y接法的對(duì)稱三相電源,所謂的“對(duì)應(yīng)”：對(duì)應(yīng)相電壓用線電壓的 第一個(gè)下標(biāo)字母

5、標(biāo)出。,(1) 相電壓對(duì)稱，則線電壓也對(duì)稱。,(3) 線電壓相位領(lǐng)先對(duì)應(yīng)相電壓30o。,結(jié)論,2. 聯(lián)接,即線電壓等于對(duì)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(duì)稱星型負(fù)載和三角型負(fù)載。,關(guān)于聯(lián)接電源需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：始端末端要依次相連。,正確接法,錯(cuò)誤接法,I =0 , 聯(lián)接電源中不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。,注意,I 0 , 接電源中將會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。,當(dāng)將一組三相電源連成三角形時(shí)，應(yīng)先不完全閉合，留下一個(gè)開(kāi)口，在開(kāi)口處接上一個(gè)交流電壓表，測(cè)量回路中總的電壓是否為零。如果電壓為零，說(shuō)明連接正確，然后再把開(kāi)口處接在一起。,V型接法的電源：若將接的三相電源去掉一相，則線電壓仍為對(duì)稱三相電源。,3. 相電流

6、和線電流的關(guān)系,星型聯(lián)接時(shí)，線電流等于相電流。,結(jié)論,結(jié)論,(2)線電流相位滯后對(duì)應(yīng)相電流30o。,聯(lián)接的對(duì)稱電路：,8.3 對(duì)稱三相電路的計(jì)算,對(duì)稱三相電路由于電源對(duì)稱、負(fù)載對(duì)稱、線路對(duì)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）,以N點(diǎn)為參考點(diǎn)，對(duì)n點(diǎn)列寫(xiě)節(jié)點(diǎn)方程：,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。,A相計(jì)算電路,也為對(duì)稱電壓,計(jì)算電流：,為對(duì)稱電流,結(jié)論,UnN=0，電源中點(diǎn)與負(fù)載中點(diǎn)等電位。有無(wú) 中線對(duì)電路情況沒(méi)有影響。,2. 對(duì)稱情況下，各相電壓、電流都是對(duì)稱的，可采用一相（A相）等效電路

7、計(jì)算。只要算出一相的電壓、電流，則其它兩相的電壓、電流可按對(duì)稱關(guān)系直接寫(xiě)出。,3. Y形聯(lián)接的對(duì)稱三相負(fù)載，其相、線電壓、電流的關(guān)系為：,2. Y聯(lián)接,負(fù)載上相電壓與線電壓相等：,解法一,計(jì)算相電流：,線電流：,(1) 負(fù)載上相電壓與線電壓相等，且對(duì)稱。,(2) 線電流與相電流也是對(duì)稱的。線電流大小是相電流的 倍，相位落后相應(yīng)相電流30。,故上述電路也可只計(jì)算一相，根據(jù)對(duì)稱性即可得到其余兩相結(jié)果。,結(jié)論,解法二,利用計(jì)算相電流的一相等效電路。,解法三,3. 電源為聯(lián)接時(shí)的對(duì)稱三相電路的計(jì)算,將接電源用Y接電 源替代，保證其線電壓相等，再根據(jù)上述YY， Y 接方法計(jì)算。,例,(1) 將所有三相電

8、源、負(fù)載都化為等值YY接電路；,(2) 連接各負(fù)載和電源中點(diǎn)，中線上若有阻抗可不計(jì)；,(3) 畫(huà)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(duì)稱性，得出其它兩相的電壓、電流。,對(duì)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。,例1,已知對(duì)稱三相電源線電壓為380V，Z=6.4+j4.8， Zl =6.4+j4.8。,求負(fù)載Z的相電壓、線電壓和電流。,解,畫(huà)出一相計(jì)算圖,例2,一對(duì)稱三相負(fù)載分別接成Y和型。分別求線電流。,解,應(yīng)用：Y降壓起動(dòng)。,例3,如圖對(duì)稱三相電路，電源線

9、電壓為380V，|Z1|=10，cos1 =0.6(感性)， Z2= j50， ZN=1+ j2。,求：線電流、相電流，并定性畫(huà)出相量圖(以A相為例)。,解,畫(huà)出一相計(jì)算圖,根據(jù)對(duì)稱性，得B、C相的線電流、相電流：,由此可以畫(huà)出相量圖：,例4,首先消去互感，進(jìn)行Y變換，然后取A相計(jì)算電路,負(fù)載化為Y接。,根據(jù)對(duì)稱性，中性電阻 Zn 短路。,電源不對(duì)稱（不對(duì)稱程度小，系統(tǒng)保證其對(duì)稱)。,電路參數(shù)(負(fù)載)不對(duì)稱情況很多。,電源對(duì)稱，負(fù)載不對(duì)稱(低壓電力網(wǎng)) 。,分析方法,不對(duì)稱,復(fù)雜交流電路分析方法。,主要了解：中性點(diǎn)位移。,8.3 不對(duì)稱三相電路的概念,討論對(duì)象,負(fù)載各相電壓：,三相負(fù)載Za、Z

10、b、 Zc不相同。,負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)不重合的現(xiàn)象。,在電源對(duì)稱情況下，可以根據(jù)中點(diǎn)位移的情況來(lái)判斷負(fù)載端不對(duì)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(duì)稱，使負(fù)載的工作狀態(tài)不正常。,相量圖,中性點(diǎn)位移.,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(duì)獨(dú)立。,(2) 若三相三線制, 設(shè)A相斷路(三相不對(duì)稱),燈泡未在額定電壓下工作，燈光昏暗。,照明電路：,(3) A相短路,超過(guò)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,（2）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)。,（3

11、） 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(lái)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(duì)稱情況。,結(jié)論,（1）負(fù)載不對(duì)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、電流不再存在對(duì)稱關(guān)系；,圖示為相序儀電路。 說(shuō)明測(cè)相序的方法,解,例2,應(yīng)用戴維寧定理得等效電路。,當(dāng)C變化時(shí)，N在一半圓上移動(dòng)。,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(cè)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：,例3,如圖電路中，電源三相對(duì)稱。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電流表的讀數(shù)均為5A。,求：

12、開(kāi)關(guān)S打開(kāi)后各電流表的讀數(shù)。,解,開(kāi)關(guān)S打開(kāi)后，電流表A2中的電流與負(fù)載對(duì)稱時(shí)的電流相同。而A1、A3中的電流相當(dāng)于負(fù)載對(duì)稱時(shí)的相電流。,電流表A2的讀數(shù)=5A,電流表A1、A3的讀數(shù)=,1. 對(duì)稱三相電路功率的計(jì)算,8.4 三相電路的功率,Pp=UpIpcos,三相總功率： P=3Pp=3UpIpcos,（1）平均功率,注,(1) 為相電壓與相電流的相位差角(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(duì)稱三相制中三相功率因數(shù)： cos A= cos B = cos C = cos 。,(3) 公式計(jì)算電源發(fā)出的功率(或負(fù)載吸收的功率)。,（2） 無(wú)功功

13、率,Q=QA+QB+QC= 3Qp,（3） 視在功率,這里的，P、Q、S 都是指三相總和。,功率因數(shù)也可定義為： cos =P/S (不對(duì)稱時(shí) 無(wú)意義),（4）對(duì)稱三相負(fù)載的瞬時(shí)功率,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: m p 可以得到均衡的機(jī)械力矩。避免了機(jī)械振動(dòng)。,2. 三相功率的測(cè)量,(1) 三表法,若負(fù)載對(duì)稱，則需一塊表，讀數(shù)乘以 3。,三相四線制,(2) 二表法：,這種測(cè)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(méi)有串功率表的線上。（有三種接線方式）,若W1的讀數(shù)為P1 , W2的讀數(shù)為

14、P2 ，則三相總功率為：,三相三線制,P=P1+P2,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,證明：,所以兩個(gè)功率表的讀數(shù)的代數(shù)和就是三相總功率。由于聯(lián)接負(fù)載可以變?yōu)閅型聯(lián)接，故結(jié)論仍成立。,p=uAN iA + uBN iB+ uCN iC,iA + iB+ iC=0 iC= (iA + iB),p= (uAN uCN)iA + (uBN uCN) iB = uACiA +uBC iB, 1 :uAC 與iA的相位差， 2 :uBC 與iB的相位差。,設(shè)負(fù)載是Y型聯(lián)接,1. 只有在三相三線制條件下，才能用二表法，且不論負(fù)載對(duì)稱與否。,3. 按正確極性接線

15、時(shí)，二表中可能有一個(gè)表的讀數(shù)為負(fù)，此時(shí)功率表指針?lè)崔D(zhuǎn)，將其電流線圈極性反接后，指針指向正數(shù)，但此時(shí)讀數(shù)應(yīng)記為負(fù)值。,注,2. 兩塊表讀數(shù)的代數(shù)和為三相總功率，每塊表單獨(dú)的讀數(shù)無(wú)意義。,4. 兩表法測(cè)三相功率的接線方式有三種，注意功率表的同名端。,5. 負(fù)載對(duì)稱情況下，有：,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 。,UAN， UBN， UCN為相電壓。,P=P1+P2=UACIAcos 1+UBCIBcos 2=UlIlcos 1+UlIlcos 2,1= 30 2= + 30,其它兩種接法可類似討論。,所以,討論,P1=UlIlcos 1=UlIlcos( 30) P2=UlIlcos 2=UlIlcos( +30),求：(1) 線電流和電源發(fā)出的總功率； (2) 用兩表法測(cè)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的功率，畫(huà)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),電動(dòng)機(jī)負(fù)載：,總電流：,表W1的讀數(shù)P1：,(2