《三相交流电路》课件

下一页章目录返回上一页退出第5章三相电路5.1三相电压5.2负载星形联结的三相电路5.3负载三角形联结的三相电路5.4三相功率下一页章目录返回上一页退出第5章三相电路本章要求：1. 搞清对称三相负载Y和△联结时相线电压、相线电流关系;2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用;3. 掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。下一页章目录返回上一页退出W1U2V1U1V2SN+_+++W2图5.1.1 三相交流发电机示意图5.1三相电压1. 三相电压的产生工作原理：动磁生电++__eeU1U2•图5.1.2 三相绕组示意图图5.1.3 每相电枢绕组定子转子(尾端)+e1e2e3U1(首端)++–––U2V2V1W1W2下一页章目录返回上一页退出三相电压瞬时表示式相量表示铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120: 直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构tEusinm1)120sin(m2tEu)120sin(m3tEuUUU01)23j21(1203UUU)23j21(1202UUU下一页章目录返回上一页退出对称三相电动势的瞬时值之和为0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。0321uuu即：0321UUU或最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为L1L2L3下一页章目录返回上一页退出NL2L3L1NU1V1W12. 三相电源的星形联结(1) 联接方式中性线(零线、地线)中性点端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压321UUU、、312312UUU、、UpUl3u–+–++–1u2u12u–+–+–+31u23u下一页章目录返回上一页退出(2)线电压与相电压的关系2112UUU3223UUU1331UUU根据KVL定律由相量图可得相量图30°303112UU1U3U2U12U2UL1NL2L3+–+–+–1u–+–+–+31u2u3u12u23u下一页章目录返回上一页退出同理3. 三相电源的三角形联结 p 相电压线电压 时结结论：电源Δ形联UUl且超线电压形联结时结论：电源,3,Y PUUl。三相线电压也是对称的前相应的相电压 ,30303223UU303331UU–++–+L2L1L312uBCU–31u23u下一页章目录返回上一页退出5.2 负载星形联结的三相电路三相负载不对称三相负载：不满足Z1=Z2=Z3如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2=Z3如三相电动机1. 三相负载分类单相负载：只需一相电源供电照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电三相电动机等三相负载的联接三相负载也有Y和两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定。下一页章目录返回上一页退出三相负载连接原则(1) 电源提供的电压=负载的额定电压；(2) 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L1L2电源L3保险丝三相四线制380/220伏N额定相电压为220伏的单相负载额定线电压为380伏的三相负载下一页章目录返回上一页退出+N'N1u2u3u++–––Z1Z2Z3Ni1i2. 负载星形联结的三相电路线电流：流过端线的电流321III、、相电流：流过每相负载的电流结论：负载Y联结时，线电流等于相电流。Y: 三相三线制Y0：三相四线制(1) 联结形式N 电源中性点N´负载中性点1i2i3i下一页章目录返回上一页退出(2) 负载Y联结三相电路的计算1)负载端的线电压＝电源线电压2)负载的相电压＝电源相电压3)线电流＝相电流P3UUlPIIlY联结时：321NIIII4)中线电流333222111 ZUIZUIZUI负载Y 联结带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算+N'N1u2u3u++–––Z1Z2Z3Ni1i1i2i3i下一页章目录返回上一页退出+N'N1u2u3u++–––Z1Z2Z3Ni1i1i2i3i负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。(3)对称负载Y 联结三相电路的计算0321N IIII中线电流CBAZZZ因为三相电压对称，且所以负载对称时，三相电流也对称。P3UUl负载对称无中性线时负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。A15010A9010 A3010321III可知：如：下一页章目录返回上一页退出例1：灯组，若R1=R2= R3= 5，求线电流及中性线电流IN ; 若R1=5 , R2=10 , R3=20 ,求线电流及中性一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压。负载为电V)30314sin(238012tu线电流IN 。N+++–––1uNR1R2R3L1L2L32u3u1i2i3iNi下一页章目录返回上一页退出中性线电流0321NIIII解：已知：V3038012UV02201U A044A50220111 RUI(1) 线电流三相对称A120442IA120443IN+++–––1uNR1R2R3L1L2L32u3u1i2i3iNi下一页章目录返回上一页退出(2) 三相负载不对称（R1=5、R2=10 、R3=20 ）分别计算各线电流中性线电流A12011A20120220333RUIA12022A10120220222RUIA1929A12011A12022A044321NIIIIA044A50220111RUI下一页章目录返回上一页退出例2：照明系统故障分析解:(1)A相短路1) 中性线未断此时L1 相短路电流很大, 将L1相熔断丝熔断, 而L2 相和L3 相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。在上例中，试分析下列情况(1) L1相短路: 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。(2) L1相断路: 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。R1R3R2L1L2NL3N下一页章目录返回上一页退出L1L2NL3N´i1i3i2+++–––3u2u1u此情况下，L2相和L3相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压(220V) ，这是不允许的。2) L1相短路, 中性线断开时,此时负载中性点N´即为L1, 因此负载各相电压为V380,V380,0,03313212211UUUUUUUU下一页章目录返回上一页退出(2) L1相断路2) 中性线断开L2、L3相灯仍承受220V电压, 正常工作。1) 中性线未断变为单相电路，如图(b)所示, 由图可求得A7.1202103803223RRUIV127107.1222IR UV254207.1233IR UiL2L3u´2u´3+––+(b)R1R3R2L1L2NL3N下一页章目录返回上一页退出结论（1）不对称负载Y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。（2）中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。（3）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关。下一页章目录返回上一页退出作业P182•5.2.8下一页章目录返回上一页退出1. 联结形式5.3负载三角形联结的三相电路线电流:流过端线的电流321III、、相电流:流过每相负载的电流、、12I23I31IL1+++–––12u12i23u31uL2L3i1i2i323i31iZ31Z12Z23下一页章目录返回上一页退出线电流不等于相电流(2) 相电流121212ZUI232323ZUI313131ZUI(1) 负载相电压=电源线电压即: UP= Ul一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即2. 分析计算相电流：312312III、、线电流：321III、、U12=U23=U31=Ul=UPL1+++–––12u23u31ui1i2i3Z31Z12Z23L2L312i23i31i下一页章目录返回上一页退出相量图I23I12I31负载对称时, 相电流对称，即I2I3(3) 线电流。30且落后相应的相电流(相电流),3线电流Δ联接时对称负载 :结论P IIl由相量图可求得31121III12232III23313IIIZUIIIIPP312312RXarctan312312为此线电流也对称，即。lIIII321PP330cos2IIIl线电流比相应的相电流滞后30。U23U12U3131I1I下一页章目录返回上一页退出三相负载的联接原则负载的额定电压= 电源的线电压应作联结负载的额定电压=电源线电压31应作Y 联结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)。下一页章目录返回上一页退出5.4三相功率无论负载为Y 或△联结，每相有功功率都应为Pp= UpIp cospllIIUU31 ,pp对称负载联结时：PPPPcos3cos3llIUIUP同理ppppsin3 sin3 llIUIUQllIIUUpp ,31对称负载Y联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P = 3Up IpcospllIUIUQPS3 3 PP22所以下一页章目录返回上一页退出有一三相电动机, 每相的等效电阻R = 29, 等效感抗XL=21.8, 试求下列两种情况下电动机的相电流、线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果：(1) 绕组联成星形接于Ul =380 V的三相电源上;(2) 绕组联成三角形接于Ul =220 V的三相电源上。例1:解:(1)A1.6A8.212922022PPZUIW8.2129291.63803cos322llIUPWk2.38.01.63803下一页章目录返回上一页退出Wk2.3W8.05.102203cos3llIUPA1.6A8.212922022PPZUI(2)A5.103PIIl比较(1), (2)的结果:有的电动机有两种额定电压, 如220/380 V。当电源电压为380 V时, 电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220 V时, 电动机的绕组应联结成三角形。在三角形和星形两种联结法中, 相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大倍。3下一页章目录返回上一页退出例2:(1)各电阻负载的相电流由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。L1L2L3ZYR线电压Ul为380 V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗; 另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻R =10, 如图所示。试求：(1)各组负载的相电流；(2) 电路线电流；(3) 三相有功功率。373.36Z设解：V038012UV302201U则

一、有功功率

在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

二、无功功率

在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。

为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率，简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏(KVar)。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。

三、视在功率

交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。

视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因

1 授课题目 三相交流电路 授课类型 新授课

首次授课时间 学时 2

教学目标 1、理解交流电动势的产生

2、掌握三相电源的连接

重点与难点 1) 电动势的产生

2、三相电源的连接

教学手段与方法 课堂讲授，辅以多媒体电子课件

教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）

【授课思路】

本节课学生要有电磁方面的物理知识，在讲解与物理知识有关的内容时，先领着学生将以前学过的物理知识复习一下，然后引导学生利用相关物理知识解决遇到的问题，讲解过程中要注意学生的反映，注意与学生多交流。注意教师为主导，学生为主体的教学理念。引导学生积极参与本节课的教学。

【过程设计】

在课堂中，可以穿插一些较为实用的的举例，能够与实际相联系。注意理论联系实际的方法，启发学生的抽象思维，激发学生的学习兴趣。为上好这一节课，还要注意讲练结合、理论联系实际。

【讲解要点】

1、理解交流电动势的产生

2、掌握三相电源的连接

【导入新课】目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用三相交流电路。

【出示目标】

1、理解直流电动机的各种平衡方程式

2、理解直流电动机的运行特性及工作特性

【具体内容】

三相交流电路

1、三相交流电动势的定义：三相交流电路就是由三个频率相同，最大值相等，相位上互差120º电角的正弦电动势组成的电路。这样的三个电动势称为三相对称电动势。

2、广泛应用三相交流电路的原因，是因为它具有以下优点： 学生

活动

学生思考

理解三相交流电动势的概念

2 (1)在相同体积下，三相发电机输出功率比单相发电机大；

(2)在输送功率相等、电压相同、输电距离和线路损耗都相同的情况下，三相制输电比单相输电节省输电线材料，输电成本低；

(3)与单相电动机相比，三相电动机结构简单，价格低廉，性能良好，维护使用方便。

目前，三相交流电路虽己得到广泛的应用，但在输送交流电的过程中，由于电流的交变引起周围磁场的变化，造成对周围通讯线路的干扰，而且输电线路上的损耗仍比较大，因此出现了采用输送高压直流电来代替输送交流电的趋势。输送高压直流电，就是将发电机发出的三相交流电升压后，整流成高压直流电，经输电线路输送到终端后，再将高压直流电逆变成三相交流电，降压后供用户使用。从葛洲坝到上海的输电线路，便是采用了这种形式。

关于三相交流电路的仿真实验

庄烨 912113100238

摘要：在Multisim中建立三相交流电路，设计实验电路参数，通过软件所提供的仪表进行仿真实验，处理实验数据，进行实验分析，研究三相交流电路的特性。

关键词：三相交流电路、星形连接、中线、三角形连接。

引言：在Multisim仿真软件中进行模拟实验，很好的避开了实验室中场地、设备、数量的限制，如同实验操作台的界面很好的展示实验数据，更方便对三相交流电路的分析，使实验的结果更加清晰的展现出来。

实验目的

学习三相交流电路负载的星形与三角形连接方法。

进一步了解三相交流电路星形与三角形连接时，对称、不对称的线、相电压及线、相电流的关系。

加深理解中线在三相电路星形连接中的重要性。

实验原理

在三相电源对称的情况下，三相负载可以接成星形（Ｙ接)或三角形(△接)。三相四线制电源的电压值一般是指线电压的有效值。如“三相380V电源”是指线电压380V，其相电压为220V；而“三相220V电源”则是指线电压220V，其相电压为127V。

1. 负载作Y形联接

当负载采用三相四线制(Yo)联接时，即在有中线的情况下，不论负载是否对称，线电压Ul 是相电压UP的3倍，线电流Il 等于相电流Ip，即

U1=Up3，I1=Ip

当负载对称时，各相电流相等，流过中线的电流Io＝0， 所以可以省去中线。

若三相负载不对称而又无中线(即三相三线制Y接)时，UP≠1/3Ul ，负载的三个相电压不再平衡，各相电流也不相等，致使负载轻的那一相因相电压过高而遭受损坏，负载重的一相也会因相电压过低不能正常工作。

所以，不对称三相负载作Y联接时，必须采用三相四线制接法，即Yo接法，而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

2. 负载作△形联接

当三相负载作△形联接时，不论负载是否对称，其相电压均等于线电压，即Ul＝Up；若负载对称时，其相电流也对称，相电流与线电流之间的关系为：Il ＝3Ip；