1、2018/9/5 1 三相交流电路 概述： 目前电力工程上普遍采用 三相制供电 。 由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为 50HZ)彼此之间相位互差 120o的正弦电压所组成的供电系统。 前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因而称 单相交流电路 。 另一方面，三相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，因而 前面讨论的交流电路的一般规律和计算方法，在此仍然适用。 2018/9/5 2 三相制供电比单相制供电优越 在发电方面： 三相交流发电机比相同尺寸的单相交流发电机容量大。 在输电方面： 如果以 相同 电压将 相同 大小的功率输送到 相同 距离，三相输电线比单相输电线节省材料。
2、在用电设备方面： 三相交流电动机比单相电动机结构简单、体积小、运行特性好等等。 因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。 2018/9/5 3 1.三相交流发电机 主要组成部分： 电枢 （是固定的，亦称 定子 ）：定子铁心内圆周表面 有槽，放入三相电枢绕组。 磁极 三相绕组 n 单相绕组 （是转动的，亦称 转子 ） 三相绕组的三相电动势幅值相等 , 频率相同 , 彼此之间相位相差 120 。 + + + AXBY ZCXY ZAB + S N C铁心 绕组 A X 任务 1 三相电源与三相负载 活动 1：三相交流电动势的产生 2018/9/5 4 t 0 三相对称电动势的产生 te0Ue Ve
3、 WeeA eB eC X A Y C B Z S N S N + + + + + + S N S N + + + + U相 V相 W相 + - A X uA + - B Y uB + - C Z uC S N 6 3 2 32 6567 34 23 35 611 22018/9/5 5 由于电机结构的原因 , 这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等 , 频率相同 , 彼此之间相位相差 120 。可将其表示为： 2.相量形式 tUu s i nmA )1 2 0s i n (mB tUu )120s i n ()240s i n ( mmC tUtUu oC 120UU oB 120 UUoA
4、0UU 2018/9/5 6 3.对称正弦量 幅值相等 , 频率相同 , 相位互相差 120 的 正弦量。 对称正弦量 特点 为 ： 0 CBA UUU 120 UA UC UB 120 120 三相电压相量图 0 CBA uuuuAu Bu Cu2018/9/5 7 4.正弦量的相序 三相交流电在相位上的先后次序称为 相序 。 上述的三相电源的相序为 ABC 。 在电力系统中一般用 黄、绿、红 区别 A、 B、 C 三相。 Um Um t 0 2 uA uC uB 顺序：相序为 ABC 。 逆序：相序为 A C B 。 三相发电机中各绕组电动势到达幅值（或零值）的先后次序。 2018/9/5
5、 8 活动 2 三相电源的联接 1.星形联接 N 中点 或零点 N ABC把发电机三相绕组的末端 接成作为与外电路相联接的端点。 这种联接方式称为电源的 星形联结 。 XYZCBA 、AUBUCUABUBCUCAU火线 中线或零线 火线 火线 线电压 相电压 目前，我国供电系统 线电压 380V， 相电压 220V。 三相四线制 2018/9/5 9 N 中点 或零点 N ABCAUBUCUABUBCUCAU火线 中线或零线 火线 火线 线电压 相电压 根据 KVL： BAAB UUU CBBC UUU ACCA UUU 2018/9/5 10 各线电压与相电压之间的关系为 : 三相电源各电压
6、间的相量关系 UA UC UB ABU30o 30o 30o BCUCAU线电压的有效值用 表示 , 相电压的有效值用 Up表示。 由相量图可知它们的关系为 : lUp3 UU l oAAB 303 UU oBBC 303 UU oCCA 303 UU BAAB UUU CBBC UUU ACCA UUU 2018/9/5 11 2. 形联结 ABC发电机三相绕组依次首尾相联，引出三条线，称为三角形联结。 pUU l AAB UU BBC UU CCA UU 2018/9/5 12 WWUVVWUUVUUUUUUPl UU 如果三相电源电动势对称，则三相电压的相量和为零，即： 0 WVU UU
7、U 如果将某一相绕组接反，三角形回路中的总电压为 ： WWVU UUUUU 2U 1U 2V 1V 2W 1W 2对称 UUVUWUUUVUWUUABC2018/9/5 13 交流电路中的用电设备 ， 大体可分为两类： 一类 是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做 三相负载 ,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等 ， 则为对称负载 ， 如 三相电动机 。 另一类 是只需 接单相电源的负载 ， 它们可以按照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上 。 对于电源来说它们也组成三相负载 ，但各相的复阻抗一般不相等 ， 所以不是三相对称负载 。 如 照明灯 。 活动 3 三相负载的联接 2018/9
8、/5 14 1. Y 形联结 iB iC iN iA N AZBZCZ负载中电流 : (略线路阻抗 ) 0A UU 1 2 0B UU 1 2 0C UUAAA ZUI BBB ZUI CCZUI C中性线中的电流为 : CBAN IIII 若负载对称，即 ZZZZ CBAUA UC UB IC IA IB 对称负载相量图 0CBAN IIII 对称负载可以去掉中线。 三相交流电动机 ABCAUBUCUN 2018/9/5 15 如果三相负载对称 , 中线中无电流 , 故可将中线除去 , 而成为三相三线制系统。 但是如果三相负载不对称 , 中线上就会有电流 IN通过 , 此时中线是不能被除去的
9、 , 否则会造成负载上三相电压严重不对称 , 使用电设备不能正常工作。 2018/9/5 16 三相电动势和负载对称，各相电压和电流也都对称。只要某一相电压、电流求得，其他两相就可以根据对称关系直接写出 ； 各相电流仅由各相电压和各相阻抗决定 。 各相计算具有独立性 。 三相对称电路计算可归结为一相来计算 。 【 例 1-1】 星形联接的三相负载，每相电阻 R=6 ， 感抗 XL=8 。电源电压对称， 设 ，试求电流。 VtS inuUV )30(23 8 0 解 : 因为负载对称，计算一相即可，现以 U相为例。 VUU UVU 2 2 033 8 03 VtS inuU 22 2 0AZUI
10、UUU 228622022 5368a r c t a na r c t a n RX LAtS iniU )53(222 AtS intS iniAtS intS iniWV)67(222)12053(222)173(222)12053(2222018/9/5 17 在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用 Z表示，是一个复数，实部称为电阻，虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为 容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为 感抗 ，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧。 负载是电阻、电感的感抗、电容的容抗三
11、种类型的复物，复合后统称 “ 阻抗 ” ，写成数学公式即是：阻抗 Z= R+j ( XL XC) 。其中 R为电阻， XL为感抗， XC为容抗。如果 ( XLXC) 0，称为 “ 感性负载 ” ；反之，如果 ( XL XC) 0称为 “ 容性负载 ” 。 2018/9/5 18 所谓谐振，按电路理论，它是正弦电压加在理想的 (无寄生电阻 )电感或电容串联电路上。当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的阻抗为零，电路电流达到无穷大；如果正弦电压加在电感和电容并联电路上，当正弦电压频率为某一值时，电路的总 导纳 (导纳是阻抗的倒数 )为零 ,电感、电容元件上电压为无穷大。前者称为串联谐振，后者
12、称为并联谐振。 2018/9/5 19 【 例 1-2 】 在如图（ a）所示的三相四线制电路中 , 外加电压 UL=380 V, 试求各相负载电流及中线电流 。 VUU p 220338031 解 : 相电压 选 为参考相量 , 则 : 9.36449.365 022034 0220 jZUIAAAAU( a ) A N C N B U C I A U B R 1 4 j X L j3 R 3 6 j X C j 8 I C I B R 2 5 I N 电路图 U A AZUBBBI 1 2 0445 1 2 02 2 0AjZUICCC 1.173221.5310 12022086 120
13、2202018/9/5 20 中线电流为 1.975.621.17322120449.3644CBAN IIII中线的作用 : 中线在三相电路中的作用是既能为用户 提供两种不同的电压 , 同时又为星形联接的不对称负载提供对称的 220 V相电压。 因此 , 为了保证负载的相电压对称 , 在中线的干线上是 不准接入熔断器和开关 的 , 而且要用具有足够机械强度的导线作中线。 I C I B I N I A U B I B I C U C U A 36.9 97.1 53.1 ( b ) 相量图 2018/9/5 21 活动 4. 负载的三角形联接 （ 形） 若忽略端线阻抗（ ZL=0） , 则电
14、路具有以下关系。 iC A B C iB iA iCA iBC iAB + uAB + uBC + uCA ABZBCZCAZ(2) 负载线、相电流之间的关系 线、相电压对应相等 (1) 负载线、相电压之间的关系 各相负载相电流分别为 ABABAB ZUI ABABAB a r c t a nRXBCBCBC a r c t a nRXCACACA a r c t a nRX各相负载的电压与电流相位差分别为 pCABCAB UUUUU l BCBCBC ZUI CACACA ZUI 2018/9/5 22 (2) 负载线、相电流之间的关系 根据 KCL，负载线、相电流 之间的关系为 CAABA
15、 III ABBCB III BCCAC III 若负载对称，即 ZZZZ CABCAB CABCABZUIIII ppCABCAB RXar c t anCABCAB 和 则负载相电流也是对称的，即 IA IB IC ICA IAB IBC 显然三个线电流也对称，若有 效值用 Il表示，则有 IA= IB= IC= Il，且 ；相位上，线电流 滞 后 相应的相电流 30o 。 P3 II l iC A B C iB iCA iBC iAB + uAB + uBC + uCA ABZBCZCAZ2018/9/5 23 (3) 各线电流由两相邻相电流决定 。在对称条件下 , 线电流是相电流的 倍
16、 , 即 , 且滞后于相应的相电流 30 。 3PII 31 由上述可知 , 在负载为三角形联接时 , 相电压对称。 若某一相负载断开 , 并不影响其他两相的工作。 AIBICI ABIBCICAI0120030相量图 2018/9/5 24 【 例 1-3 】 如图 所示的三相三线制电路中 , 各相负载的复阻抗 Z=(6+j8) , 外加线电压 380V,试求正常工作时负载的相电流和线电流。 iB iC iA Z ABiBCiCAiZ ZA3810380 ZUI lP式中 , 每相阻抗 为： 1086 2222 XRZ则 线电流 为： A8.653833 Pl II解： 由于是 对称电路 ,
17、 所以 每相相电流为： 2018/9/5 25 【 例 1-4 】 在图示的电路中 ， 设三相对称电源线电压为 380V， 三角形联接的对称负载 每相阻抗 Z=4+j3 ， 试求各相电流与线电流 ， 并作相量图 。 解 : 设 VUUV 0380 AjZUI UVUV9.36769.3650380340380AII UVVW 9.15676120 AII UVWU 1.83761 2 0 AIIAIIAIIUWUVUVU1.536.13 112 09.18 66.13 112 09.666.13 19.66763303各线电流： U相电流： 其余两相电流： 2018/9/5 26 不对称三相电
18、路计算 不对称三相电路：三相电源不对称或各相负载阻抗不相等时 ， 电路中的各相电流是不对称的 。 三相电源的不对称程度很小 ， 可近似地当作对称来处理 。 【 例 1-5 】 电路如图 ， 若不对称形负载接于对称三相电源上 ， 电源相电压为 220V， U相接一只 220V、 100W灯泡 ， V相 、 W相各接入一只 220、200W灯泡 ， 中线阻抗不计 ， 求各相电流和中线电流 。 解 中线阻抗不计， 各相 电压对称，三相可以分别计算。 0 NNUARUIUUU 0455.04840220 ARUIVVV120909.0242120220ARUIWWW 120909.0242120220
19、 )3455.0455.0()3455.0455.0(455.0 jjIIII WVUN A180455.0455.0 2018/9/5 27 三相负载的联接原则 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三 角形，而照明负载一般都联结成星形 (具有中性线 )。 2018/9/5 28 N + + + 1uL1 L2 L3 2u3u1i2i3iNi 12i23i31iZ31 Z12 Z23 负载的额定电压 = 电源的线电压 应作 联结 2018/9/5 29 N + + + 1uN R1 R2 R3 L1 L2 L3 2u3u1i2i3iNi应作 Y 联结 负载的额定电压 = 电源的相电压 2018/9/5 30 A B C N 电灯等单相负载为 三相四线 制 电动机负载为 三相三线 制 两者皆为 星形联接 电动机和家用电器在使用时的供电线路及负载连接形式 .
