1、第7章 三相电路,7.2 三相 电源的 连接,7.1 三相 交流电的 基本概念,7.3 三相 负载的连接,7.4 三相 电路的功率,本章教学目的及要求,熟悉三相电路的两种接线方式，掌握三相电路中电压、电流的相值与线值之间的大小和相位关系；熟悉三相电路对称与不对称情况下的分析计算方法；掌握三相电路中各种功率关系；进一步理解相量法并掌握其在三相电路中的应用。,7.1 三相交流电的基本概念,现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三相交 流供电系统在发电、输电和配电方面具有很多优点， 因此在生产和生活中得到了极其广泛的应用。,X,B,Y,C,Z,A,三相定子绕组在空间位置互差120o,定子,转子,转子装
2、有磁极以 的角速度旋转时，定子三相绕组中便分别感应电动势。,三相交流发电机示意图,尾端： X Y Z,首端： A B C, ,电路分析中很少用电动势，通常用电压来表示。 以A相绕组的感应电压为参考正弦量，则发电机的三 相感应电压分别为：,三相感应电压用波形图和相量图可分别表示为：,显然三个电压大小相等，频率相同，相位互差120。,我们把三个最大值相等，角频率相同，彼此相位 互差120电角度的单相正弦量称为对称三相交流电。,发电机感应的对称三相交流电压用相量可表示为,由对称三相电压的波形图和相量图可看出：,对称三相交流电在相位上的先后顺序称为相序。我们把相序A BC称为正序或顺序；把C BA称为
3、负序或逆序。电力系统中通常采用正序。,7.2 三相电源的连接,学习目标：了解三相电源两种连接方式的特点，熟悉两种连接方式下线、相电压的关系及三相四线制。,7.2.1 三相电源的Y形连接,下图所示电源的连接方式称为星形连接，或记为 “Y”接。,其中由电源绕组尾端公 共连接点引出的导线称为中 线(零线)，由电源绕组首端 引出的导线称为相线(火线),图中电源绕组首端指向 尾端的电压称为相电压(即火 线与零线之间的电压)。,火线与火线之间的电压称为线电压。电源绕组 这样连接后向外电路供电的方式称为三相四线制。,从连接图中可以看出，电源 作Y型三相四线制向外供电时， 可以向负载提供两种电压：火 线与零线
4、之间的电压相电压 和火线与火线之间的电压线 电压。那么这两种电压存在着 什么样的关系呢？,我们以相量图进行分析：,三个电源相电压总是对称的，而三 线电压与相电压之间的关系为：,显然三个线电压也是对称的。,由相量图可以定量地分析出相、 线电压之间的关系为：,显然，线电压在数量上是与其相对应的相电压的1.732倍；在相位上超前相电压30电角。,线电压与相电压的通用关系表达式：,工农业生产和日常生活中，多数用户使用的电压等级通常是：,7.2.2 三相电源的形连接,下图所示电源的连接方式称为三角形连接，或记 为“”接。,三相电源绕组首尾相连组成 一个闭环，在三个连接点处向外 引出三根火线，即构成连接。
5、,显然，电源绕组接时总有： 线电压等于相电压！ 只能向外电路提供一种电压。,实际电源连成接时，由于三相电源绕组的感应 电压对称，所以电源回路内部无电流，但若有一相接 反时，就会在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电 源绕组。因此，实际三相电源绕组作接时，为确保 无误，一般要先把3个电源绕组留一个开口，开口处 连接一个阻抗极大的电压表，当电压表读数为零时说 明连接无误，这时才能将开口合拢。,数量上线电压是相电压的1.732倍；在相位上超前线电压超前与其相对应的相电压30.,验电笔的正确握法如下图示：,你能说出对称三相交流电的特征吗？,你会做吗？,三相四线制供电体制中，你能说出线、相电压之间的数量关
6、系及相位关系吗？,电笔头与被测导线接触时，使氖管发光的是火线（或端线），不发光的是零线。,三个最大值相等、角频率相同、相位上互差120电角的单相正弦交流电。,7.3 三相负载的连接,学习目标：了解对称和不对称三相负载的概念，掌握两种连接方式下电路分析的特点，理解两种连接方式下线、相电压、线相电流的关系及中线的作用。,7.3.1 三相负载的Y形连接,下图所示为电源和负载均为“Y”接的三相电路。,对称三相 电源绕组 的相电压,Y接三相负载阻抗,输电线 阻抗,负载端 线电压,负载端 相电压,线电流,对称三相负载的条件,即三相负载阻抗的模值和幅角均相等,对称Y形连接三相电路的分析与计算,电源相电压,火
7、线上通过的电流称为线电流,负载中通过的电流称为相电流,中线电流,Y接电路特点：相电流等于线电流！中线电流,三相电路若输电线上阻抗不能忽略时，存在中点 电压uNN，根据弥尔曼定理可得其相量计算式为：,由于三相电路对称，所 以式中分子为零，因此中点 电压为零，即：,此时各相负载中通过的电流：,显然三个相(线)电流也对称，因此中线电流：,从电流的观点来看，三相电路对称时中线相当于 开路。因此，在对称三相电路中，中线的有、无对电 路无影响。,电源线电压为380V，对称负载Y接，Z=3+j4, 求：各相负载中的电流及中线电流。,设,根据对称关系可得：,由此例可得，对称三相电路的计算可归结为一相电路计算，
8、其它两相根据对称关系可直接写出。,例,解,根据对称关系：,有,对称Y接三相电路计算原则,1.由于三相电路对称，因此各相负载的端电压和电流也是对称的，三相电路的计算可归结为一相进行；,2. 根据电路给定条件确定参考相量，一般选A相电压；,3.应用单相电路的分析方法求出A相电路的待求量；,4.根据对称关系写出其它两相的待求量；,5.在一相电路计算中，中线阻抗不起作用，N和N之间等电位，用一根短接线连接。,参看课本103页例7.1,Y形不对称三相电路的分析与计算,Y形不对称三相电路的分析与计算分两种情况进行：,（1）无中线情况,若三相电路不对称，作Y形连接且又无中线时， 电路如下图所示：,由相量图分
9、析可知，三相负载不对称时且无中线时，中点 电压不再为零，这一现象称为中点偏移。中点发生偏移时， 各相负载端电压严重不对称！,N,N,图示电路为不对称三相负载Y接，试分析(1)当ZN=0； (2)ZN=3+j4 ；(3)ZN=时的线电流情况。,(1)当ZN=0且ZL=0时：,例,分析,这种情况下， 负载电流不对称，但各相独立，互不影响！,由于ZN=0，所以,(2)当ZN=3+j4时， 中点电压不等于零,分析,这种情况下，负载端电压，负载中通过的电流均不对称，互相牵制、相互影响！,(3)当ZN=时， 中线开路，IN=0,分析,这种情况下，负载中性点漂移，各相电压不对称，负载中通过的电流也不对称，互
10、相牵制、相互影响！,电源对称而负载不对称的 三相四线制系统的特点：,1. ZN=0：负载电流不对称，但各相独立，互不影响。,2. ZN0：负载电压、电流不对称，各相牵制，彼此影响。,3. 无中线时，负载中点发生较大偏移，造成各相负载端电压严重不平衡，且各相牵制，彼此影响。,显然，三相电路不对称且又无中线时中点电压不 再为零。若中点电压较大时，将造成有的负载相电压 过低不能正常工作；有的负载相电压过高甚至烧损电 器，各相负载由于端电压不平衡均不能正常工作。,正确接法:每组灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等，但每盏灯上都可得到额定的工作电
11、压220V。,若三相不对称， 能否去掉中线？,三相不对称电路应用实例照明电路,如果三相照明电路的中线因故断开，当发生一相灯负载全部开路或一相短路时，电路会出现什么情况？,如果中线断开，且A相又发生短路，此时B、C两相都会与短接线构成通路，因此两相的端电压均为线电压380V，这种情况下B、C相将因过电压而烧损。,由此可得，中线的作用是使Y接不对称三相负载的端电压保持对称。,三相四线制Y接电路中，中线不允许断开！,如果中线断开，且A相灯负载又全部开路，此时B、C两相构成串联，其端电压为电源线电压380V。若B、C相对称，各相端电压为190V，均低于额定值220V而不能正常工作；若B、C相不对称，则
12、负载大(电阻小)的一相分压少而不能正常发光，负载小(电阻大)的一相分压多则易烧损。,*,分析,关于中线(零线)的有关结论：,由上例分析可得：负载不对称且又无中线时，负载上将得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，各相负载均不能正常工作。对于象照明电路这类三相不对称电路而言：实际应用中各相负载不能保证完全对称，所以必须采用三相四线制供电，而且必须保证中线(零线)可靠。,前面分析可知，中线的作用在于：使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。,因此，为确保中线(零线)在运行中安全可靠不断开，中线上不允许接保险丝和开关！,参看课本105页例7.3题。,7.3.2 三相负载的
13、形连接,下图所示为电源 “Y”接，负载为形连接的对称 三相电路。,线电流,相电流,由于三相电路对称，所以三个相电流和三个线电 流必然都是对称的。设:,对A、B、C三个结点分别列写KCL方程可得：,由相量图分析可得：三相线 电流也是对称的，在数量上是 对应相电流的1.732倍，在相位 上滞后对应相电流30电角。,如果分析计算对称三相接电路时，也用三相归 结为一相的方法，应首先把接负载变换成Y接负载 后才能进行。,其中：,对称三相负载接时，只要将负载 等效为Y接，其分析计算方法就可 以依据前面所述进行。参看例7.4。,7.4 三相电路的功率,负载对称时：,三相总有功功率：,星形接法时：,又有,三角
14、形接法时：,在三相负载对称条件下，三相电路的功率：,注意有功功率的单 位是瓦特W；无功功 率的单位是乏尔var; 视在功率的单位是伏安 VA。,三相电路不对称时，三相电路的功率：,对称三相电路的瞬时功率是一个常量，即：,显然三相不对称时， 各相功率应单独计算然 后进行叠加。,三相电路应注意的事项,1.三相电源一般都是对称的，而且大多采用三相四线制供电方式。,2.三相负载有星形和三角形两种连接方式。其中Y形连接且负载对称时：,形连接负载对称时：,3.负载不对称时，各相电压、电流应单独计算。,4.三相电路的计算特别要注意相位问题。,5.求电表读数时，可只算有效值，不算相位。,6.三相三线制电路无论对称与否，其总有功功率均可采用二瓦计法进行测量。,如何用两个瓦特表 测三相电路的功率？,测量方法如图示:,在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数无意义！在三相四线制供电体系中，除对称运行外，不能用二瓦计法测量三相功率。参看P108页例7.6,其中:,例,已知三相电源线电压为380V，电阻丝每根220V、 2KW。设计一个12KW的三相电阻炉应如何接线？ 线电流多大？,分析,第1方案: 单相，并联,P=2kW6=12kW,第2方案：三相，Y形,P=2kW6=12kW,缺点：电流太大易造成 电网负载不平衡！,本章内容结束！,
