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第3章三相交流电路本讲稿第一页，共三十一页WW1 1U U2 2V V1 1U U1 1V V2 2SN+_ _+WW2 2 图图图图1 1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图3.1 3.1 三相电源三相电源1.三相电压的产生三相电压的产生工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电+_eeU1U2 图图图图2 2 三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图图图图图3 3 每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组定子定子转子转子(尾端尾端尾端尾端)+u1u2u3U U1 1(首端首端首端首端)+U U2 2V V2 2V V1 1WW1 1WW2 2+u 1 -上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二页，共三十一页(2)(2)相量表示相量表示相量表示相量表示铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经）三相绕组三相绕组匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差120:直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子发电机结构发电机结构（1)三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式2 三相电压表示形式三相电压表示形式上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第三页，共三十一页(4)(4)相量图相量图相量图相量图(3)(3)波形图波形图波形图波形图相量表示相量表示相量表示相量表示U2U1.120120120U3.三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式Ou1u2u32 120240上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第四页，共三十一页三相对称正弦电压的瞬时值（相量）之和为三相对称正弦电压的瞬时值（相量）之和为 0三相交流电压到达正幅值（或相应零值）的顺序三相交流电压到达正幅值（或相应零值）的顺序三相交流电压到达正幅值（或相应零值）的顺序三相交流电压到达正幅值（或相应零值）的顺序称为相称为相称为相称为相序。序。序。序。最大值相等最大值相等频率相同频率相同相位互差相位互差120称为三相对称正弦电压称为三相对称正弦电压三相正弦交流电压满足以下特征三相正弦交流电压满足以下特征供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 U U1 1 V V1 1 WW1 1 上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第五页，共三十一页N L2 L3L1NU1V1W13.三相电源的星形联结三相电源的星形联结(1)联接方式联接方式中性线中性线中性线中性线(零线零线零线零线)中性点中性点端线端线端线端线(相线、火线相线、火线相线、火线相线、火线)相电压相电压相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压线电压线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压 Up UL+上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第六页，共三十一页(2)(2)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系根据根据根据根据KVLKVL定律定律定律定律由相量图可得由相量图可得相量图相量图相量图相量图 30L1NL2L3+或或上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第七页，共三十一页同理同理发电机绕组星形联接时，线电压和相电压的相量图发电机绕组星形联接时，线电压和相电压的相量图上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第八页，共三十一页3.2 三相负载三相负载三相负载的连接三相负载的连接三相负载的连接三相负载的连接 三相负载有三相负载有三相负载有三相负载有 Y Y和和和和 两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法两种接法，至于采用哪种方法 ，要根，要根，要根，要根据负载的额定电压和电源电压确定。据负载的额定电压和电源电压确定。据负载的额定电压和电源电压确定。据负载的额定电压和电源电压确定。上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第九页，共三十一页三相电路负载连接原则三相电路负载连接原则三相电路负载连接原则三相电路负载连接原则 (1)(1)电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压=负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；(2)(2)单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L L1 1L L2 2电源电源电源电源L3保险丝保险丝保险丝保险丝三相四线制三相四线制380/220伏伏N N 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十页，共三十一页+N NN N+Z1Z2Z3 3.2.1 3.2.1 三相负载的星形连接三相负载的星形连接三相负载的星形连接三相负载的星形连接线电流：线电流：线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流 I IL L 相电流：相电流：相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流 I Ip p结论：结论：结论：结论：负载负载负载负载 星形连接星形连接星形连接星形连接时，线电时，线电时，线电时，线电流等于相电流等于相电流等于相电流等于相电流。流。流。流。1 1 连接形式连接形式连接形式连接形式N 电源中性点电源中性点N负载中性点负载中性点上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十一页，共三十一页2 2 负载星形连接三相电路的计算负载星形连接三相电路的计算负载星形连接三相电路的计算负载星形连接三相电路的计算1)1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压2)2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压3)3)线电流相电流线电流相电流线电流相电流线电流相电流星连接时：星连接时：4)4)中线电流中线电流中线电流中线电流负载负载负载负载星连接带中性线时星连接带中性线时星连接带中性线时星连接带中性线时,可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算+N NN N+Z1Z2Z3上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十二页，共三十一页+N NN N+ZZZ负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流,可省掉中性线。可省掉中性线。3 3 对称负载对称负载对称负载对称负载Y Y 连接三相电路的计算连接三相电路的计算连接三相电路的计算连接三相电路的计算所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。负载对称时，只负载对称时，只需计算一相电流，需计算一相电流，其它两相电流可根其它两相电流可根据对称性直接写出。据对称性直接写出。上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十三页，共三十一页负载不对称电压和电流相量图负载对称电压和电流相量图上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十四页，共三十一页例例1 1：灯组，若灯组，若R1=5 ,R2=10 ,R3=20 ,求线电流及中求线电流及中性线电流性线电流 IN。一星形连接的三相电路，电源电压对称。设电源线一星形连接的三相电路，电源电压对称。设电源线电压电压 。负载为电。负载为电N+N R1R2R3L1L2L3上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十五页，共三十一页解：解：已知：已知：N+N R1R2R3L1L2L3三相负载不对称三相负载不对称（R1=5 、R2=10 、R3=20 ）分别计算分别计算各线电流：各线电流：上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十六页，共三十一页中性线电流中性线电流上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十七页，共三十一页例例例例2 2：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析解解:(1 1)A A相短路相短路相短路相短路1)中性线未断中性线未断 此时此时此时此时 L1 相短路电流很相短路电流很相短路电流很相短路电流很大大大大,将将将将L1相熔断丝熔断相熔断丝熔断相熔断丝熔断相熔断丝熔断,而而而而 L2 相和相和相和相和 L3 相未受影响，相未受影响，相未受影响，相未受影响，其相电压仍为其相电压仍为其相电压仍为其相电压仍为220V,220V,正常工作。正常工作。正常工作。正常工作。在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况 (1)(1)L1相短路相短路相短路相短路: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。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)L1相断路相断路相断路相断路: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。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 上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十八页，共三十一页 L L1 1L L2 2N NL L3 3N Ni i1 1i i3i i2 2+此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，L2相和相和相和相和L3相的电灯组由于承受电压上所加相的电灯组由于承受电压上所加相的电灯组由于承受电压上所加相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压的电压都超过额定电压的电压都超过额定电压的电压都超过额定电压(220V)(220V)，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。2)2)L1相短路相短路相短路相短路,中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开时时时时,此时负载中性点此时负载中性点N N 即即即即为为为为L1,因此负载各相电因此负载各相电因此负载各相电因此负载各相电压为压为压为压为上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第十九页，共三十一页(2)(2)L1相断路相断路相断路相断路 2)2)中性线断开中性线断开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)1)中性线未断中性线未断中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，如图如图如图如图(b)(b)所示所示所示所示,由图可求得由图可求得由图可求得由图可求得iL2L3u 2 2u 3 3+(b)(b)R1R3R2L1L2NL3N 上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十页，共三十一页结论结论 （1 1）不对称负载）不对称负载）不对称负载）不对称负载Y Y联结又未接中性线时，负载相电压联结又未接中性线时，负载相电压联结又未接中性线时，负载相电压联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。（2 2）中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的相电压对称。电压对称。电压对称。电压对称。（3 3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。关。关。关。上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十一页，共三十一页1.1.连接形式连接形式连接形式连接形式3.2.2 三角形连接三角形连接线电流线电流:流过端线的电流流过端线的电流相电流相电流:流过每相负载的电流流过每相负载的电流 、L1+L2L3i1i2i3Z31Z12Z23上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十二页，共三十一页线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2)相电流相电流(1)负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压UP=UL 一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载此不论负载是否对称，负载相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称相电压始终对称,其中其中2.2.分析计算分析计算分析计算分析计算相电流：相电流：线电流：线电流：U U1212=U U2323=U U3131=U UL L=U UP PL1+i1i2i3Z31Z12Z23L2L3上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十三页，共三十一页对称负载电压与电流相量图对称负载电压与电流相量图2312313130负载对称时负载对称时,相电流对称相电流对称相电流对称相电流对称，即，即，即，即23(3)线电流线电流由相量图可求得由相量图可求得为此线电流也对称，为此线电流也对称，。线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流滞后滞后滞后滞后3030 。231231上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十四页，共三十一页三相负载的连接原则三相负载的连接原则负载的额定电压负载的额定电压=电源的线电压电源的线电压应作应作 连接连接负载的额定电压负载的额定电压=电源线电压电源线电压应作应作 Y 连接连接 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的连接方式无关。源的连接方式无关。源的连接方式无关。源的连接方式无关。三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三三相电动机绕组可以连接成星形，也可以连接成三角形，而照明负载一般都连接成星形角形，而照明负载一般都连接成星形(具有中性线具有中性线)。上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十五页，共三十一页3.3 三相功率三相功率无论负载为无论负载为无论负载为无论负载为 Y Y 或或或或连接，对称与否，三相总有功功率连接，对称与否，三相总有功功率连接，对称与否，三相总有功功率连接，对称与否，三相总有功功率都应为每相有功功率算术和都应为每相有功功率算术和都应为每相有功功率算术和都应为每相有功功率算术和 vP=P1+P2+P3总总无功功率无功功率应应等于各相无功功率的代数和，即等于各相无功功率的代数和，即 总现在功率总现在功率3.3.1 三相功率三相功率上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十六页，共三十一页对称负载对称负载 连接时：连接时：同理同理对称负载对称负载Y连接时：连接时：相电压与相相电压与相电流的相位差电流的相位差当负载对称时：当负载对称时：P=3Up Ipcos p所以所以上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十七页，共三十一页 例：例：有一台三相电阻加热炉，功率因数等于有一台三相电阻加热炉，功率因数等于1，星形联接。另有，星形联接。另有台三相交流电动机，功率因数等于台三相交流电动机，功率因数等于0.8，三角形联接。共同由线电压，三角形联接。共同由线电压为为380V的三相电源供电，它们消耗的有功功率分别为的三相电源供电，它们消耗的有功功率分别为75kW和和36kW。求电源的线电流。求电源的线电流。解解 按题意画出电路图按题意画出电路图 电电阻炉的功率因数阻炉的功率因数故无功功率故无功功率电动电动机的功率因数机的功率因数电电源源输输出的出的总总有功功率、无功功率和有功功率、无功功率和视视在功率在功率由此求得由此求得电电源的源的线电线电流流为为上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十八页，共三十一页3.3.2 三相功率的测量三相功率的测量二瓦计法测量线路图二瓦计法测量线路图 在三相三线制电路中，不论负载接成星形还是三角形，也不论负载对称在三相三线制电路中，不论负载接成星形还是三角形，也不论负载对称与否，都可以使用两个功率表来测量三相功率。与否，都可以使用两个功率表来测量三相功率。两个功率表读数的代数和等于三相负载的平均功率之和。这种方两个功率表读数的代数和等于三相负载的平均功率之和。这种方法称为二瓦计法（或两表法）。法称为二瓦计法（或两表法）。上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第二十九页，共三十一页证明：证明：两个功率表的读数分别为两个功率表的读数分别为P1和和P2，则则 T为为周期周期由于由于 故故 三相电路的三相三相电路的三相平均功率平均功率 上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第三十页，共三十一页 对对于三相四于三相四线线制制电电路的有功功率的路的有功功率的测测量量则则不能采用二瓦不能采用二瓦计计法，法，因因为为在一般情况下，在一般情况下，当当负载负载不不对对称称时时，可用一只功率表分，可用一只功率表分别测别测量量L1相、相、L2相、相、L3相相电电路的路的有功功率，取其有功功率，取其总总和就是三相四和就是三相四线线制制电电路的有功功率。当路的有功功率。当负载对负载对称称时时，只需要，只需要测测量量单单相功率，三相功率相功率，三相功率为单为单相功率的相功率的3倍。倍。注意注意上一页上一页下一页下一页返返 回回本讲稿第三十一页，共三十一页