第五章、三相交流电路

第五章 三相电路[练习与思考]5-1-1 对称三相电源的三相绕组作星形联结时，设线电压u AB =380sin(ωt+30o )V ，试写出相电压u B 的三角函数式及相量式。

解：V t u B )120sin(220︒-=ω V U B ︒-∠=•12021105-1-2 三角形联结的对称三相电源，空载运行时三相电源会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流如果一相电源电压极性接反，则闭合回路中是否有电流通过解：空载运行时，电源回路中无电流通过。

如果一相电源电压极性接反，则闭合回路中有电流通过。

5-2-1 为什么电灯开关一定要接在相线（火线）上解：因为电灯是单相负载，当开关断开时，电灯灯头不带电，以便于安全维修和更换。

如果开关接在零线上，当其断开时，电灯灯头依然带电（接在火线上），作业时会造成触电事故。

5-2-2 三相四线制电路中，中线阻抗为零。

若星形负载不对称，则负载相电压是否对称如果中线断开，负载电压是否对称）解：三相四线制电路中，若星形负载不对称，负载相电压仍然对称；如果中线断开，负载电压将不对称。

5-2-3 三相四线制电路中，电源线的中性线上规定不得加装保险丝，这是为什么解：如果电源线的中性线上加装保险丝，一旦由于某种原因造成保险丝熔断，接成Y 型的各组单相负载上的各相相电压将不会对称，有的相电压可能会超过单相负载的额定电压，造成损坏；有的相电压可能会低于额定电压，使得负载不能正常工作。

因此源线的中性线上规定不得加装保险丝。

5-3-1 三相负载对称是指下述三种情况下的哪一种：⑴|Z AB |=|Z BC |=|Z CA |；⑵φAB =φBC =φCA ；⑶Z AB =Z BC =Z CA 。

解：三相负载对称是指（3）,阻抗模相等，阻抗角相等。

5-3-2 已知对称三角形联结的三相电路中A 相负载线电流A 010∠=•A I ，试写出其余各相线电流与相电流。

解:A I B ︒-∠=•12010A I C ︒+∠=•12010A I AB ︒∠=•308.5 A I BC ︒-∠=•908.5【A I CA ︒∠=•1508.55-4-1 同一三相负载，采用三角形联结和星形联结接于线电压相同的三相电源上，试求这两种情况下负载的线电流、相电流及有功功率的比值。

电工技术（电工学I）第五章三相电路three phasecircuit江苏大学电气信息工程学院School of electric and information，UJS内容5.1三相电源5.2负载星形连接的三相电路5.3负载三角形连接的三相电路5.4三相电路的功率5.5安全用电相电压与线电压在对称三相电路中的关系三相对称电源和对称负载的概念相电流与线电流在对称三相电路中的关系对称三相电路电压、电流和功率的计算方法重点5.1三相电源电能可以由谏璧发电厂三峡水力发电站秦山核电站深圳展览中心屋顶的太阳能发电站等转换而得。

而各种电站、发电厂，其能量的转换由三相发电机来完成。

水能（水力发电）、热能（火力发电）、核能（核能发电）、化学能（电池）、太阳能（太阳能电站）、新疆达坂城的风力发电机群风能1、三相电源SNCXBAYZ图5.1.1三相交流发电机示意图工作原理：动磁生电定子+_转子+e A e B e C++–––(末端)(首端) ABC X YZ 图5.1.2三相绕组示意图AX 每相电枢绕组_++_ee+⨯⨯⨯三相对称电动势的表达式ωte Ae Be CSN +•++•••+SN SN+•++••A•+ωXYCBZSNA 相B 相C 相三相对称电动势的相量表示法与前面瞬时值表示法和波形曲线表示法对应三相对称正弦交流电也可用相量表示法表示：通常把这三个“幅值相等、频率相同、相位互差120”的电动势称为三相对称电动势。

它们的特点为：E mBe Ae Ce ●三相对称电动势出现最大值的先后顺序称为三相电源的相序：A -B -C -A 称为正相序正相序●供电系统三相电源的相序为A -B -C -A2、三相电源的相序A -C -B -A 称为负相序3、三相电源的星形连接(1) 连接方式在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。

U p U LCA NB NAB C中性线(零线、地线) 中性点端线(相线、火线)相电压：相线与中性线间的电压C B A U U U 、、Au Bu Cu 线电压：相线与相线间的电压CA BC AB U U U 、、ABu CAu BCu(2)线电压与相电压的关系BA AB U U U -=C B BC U U U -=ACA U U U -=C 根据KVL 定律ANB CAu Bu Cu ABu BCu CAu 30°相量图AU CU BU ABU 30°30°CUB CA U由相量图可得303AAB U U =︒=303BBC U U ︒=303CCA U U 同理()AB A B A BU U U U U =-=+- BU AU CU ︒AB U 12L U PU BU- 3L PU U =线电压超前相电压30°UA·UB·UC·UCA·300U AB··-UBUBC·在日常生活与工农业生产中，常用的电压模式127V 220V 220V 380V 380V 660VP L P L P L U U U U U U ======、、、3. 三相电源的三角形连接p连接结论：电源Δ形时 线电压相电压 l U U AB CBCU CAu BC u ABu电力系统的负载，可以分成两类。

第5章三相正Si交流电珞第5章三相正弦交流电路5.1三相电源5.2三相负载5・3对称三相电路的分析计算*5・4不对称三相电路的分析计算5・5三相电路的功率本章小结<^BRCK|第5章三相正Si交流电珞5.1三相电源5.1.1三和对称正弦交流电压三相正弦电压是111三相发电机产牛的。

图5. 1所示是三相交流发电机的原理图。

在发电机的转子上，固定冇三组完全相同的绕组，它们的空间位置相差120° O 其屮5、V］、W］为这三个绕组的始端；U2、V2、W2为三个绕组的末端。

其＞1^了是-对磁极，由于磁极面的特殊形状，使定子与转子间的空气隙中的磁场按正弦规律分布。

图5.1三相交流发电机的原理金第5*三和正》吏流电珞、当发电机的转子以角速度3按逆时针旋转时，在三个绕纽的两端分别产生I隔值和同、频率相同、相位依次相差120。

的正弦交流电压。

每个绕组电压的参考方向通常规定为山绕组的始端指向绕组的末端。

这一组正弦交流电压叫三相对称正弦交流电压。

它们的波形图和和量图分別如图5. 2和图5.3所示。

■<- /图5.2对称三和正弦量的波形图々［第5*三相正Si吏流电珞■<- /图5.3对称三相正眩量的相量图〈爲第5*三和正Si交流电珞若以gwui 4为参考正弦量，则三个正弦电床的解析式分别为«u = Uy I =t/p/nsincot“二“卍2=UpmSin(3-l20° ) Ww=«w]W2=C/pZnsin (<y/+120° ) 三个电床的相量分别表示为U U=U&XJ V =U/ -12(7必=SZ12ff 从相最图小不难看出，这组对称三相正弦电用的相量之和等于零，即Uy+Uy + Uw=UpZO° = Up乙-12a + UpZl 2(J枠=U —+ 7—) = 0.洱•.一P 2 2 2 丿 2，〈爲第5*三和正Si交流电珞从波形图屮可看出，任意时刻三个正弦电压的瞬时值之和恒等于寒，即n(j+Wy+n^ — 0能够提供这样一组对称三相正弦电压的就是对称三相电源，通常所说的三相电源都是指对称三相电源。

第五章三相交流电路分析在电力系统中，交流电路是最常见的一种电路类型。

为了正确地分析和设计交流电路，我们需要了解三相交流电路的特性和分析方法。

一、三相交流电路的特性1.三相电源：三相交流电路由三个交流电源组成，每个电源的电压和频率相同，相位差为120度。

常见的三相电源包括三相发电机和三相变压器。

2.平衡载荷：三相交流电路中的负载应该是均衡的，即等压等阻等容。

这意味着每个负载元件都具有相同的电阻、电容或电感值，并且吸收相同的功率。

3.平衡三相电压：在理想情况下，每个负载元件都会获得相等的电源电压。

在实际情况下，由于线路阻抗、电源不平衡等因素，三相电压可能会有轻微的差异。

4.动态平衡：三相交流电路中的电压和电流在时间上是随时间变化的，但在任何给定时刻，三相电源的总功率应该是恒定的。

二、三相交流电路分析方法为了分析三相交流电路，我们可以使用以下方法：1.改为等效单相电路：可以将三相电路转化为等效的单相电路。

这可以简化分析过程，因为单相电路更容易处理。

对于平衡负载情况，可以使用等效电路法将三个相位合并为一个相位。

2.转移功率定理：我们可以使用转移功率定理来计算三相电路的功率。

转移功率定理表明，三相电路的总功率等于单相电路的总功率之和。

3.无功功率的计算：在三相交流电路中，无功功率通常用于表示电路中的电容器和电感器的能量交换。

我们可以使用虚功率和功率角的概念来计算和分析无功功率。

4.常见的三相电路：在实际应用中，有许多常见的三相电路，如三相电动机驱动电路和三相电源变换器。

对于这些常见电路，我们可以使用一些特定的分析方法进行计算和设计。

三、三相交流电路的应用三相交流电路广泛应用于各个领域，特别是在电力系统中。

以下是一些常见的应用：1.电力系统输电：电力系统中的高压输电线路通常使用三相交流电路。

由于三相电路的优点，如功率传输高效和成本低廉，使得三相交流电路成为电力系统的首选之一2.电动机驱动：工业生产中的各种电动机通常使用三相交流电路进行驱动。

一、填空题1、三相电源作Y 接时，由各相首端向外引出的输电线俗称 线，由各相尾端公共点向外引出的输电线俗称 线，这种供电方式称为 制。

2、火线与火线之间的电压称为 电压，火线与零线之间的电压称为 电压。

电源Y 接时，数量上U l = U p ；若电源作Δ接，则数量上U l = U p 。

3、火线上通过的电流称为 电流，负载上通过的电流称为 电流。

当对称三相负载作Y 接时，数量上I l = I p ；当对称三相负载Δ接，I l = I p 。

4、中线的作用是使 Y 接负载的端电压继续保持 。

5、对称三相电路中，三相总有功功率P = ；三相总无功功率Q = ；三相总视在功率S = 。

6、当三相电路对称时，三相瞬时功率之和是一个 ，其值等于三相电路的 功率，由于这种性能，使三相电动机的稳定性高于单相电动机。

二、判断下列说法的正确与错误1、三相电路只要作Y 形连接，则线电压在数值上是相电压的3倍。

（ ）2、三相总视在功率等于总有功功率和总无功功率之和。

（ ）3、对称三相交流电任一瞬时值之和恒等于零，有效值之和恒等于零。

（ ）4、对称三相Y 接电路中，线电压超前与其相对应的相电压30°电角。

（ ）5、三相电路的总有功功率ϕcos 3l l I U P =。

（ ）6、三相负载作三角形连接时，线电流在数量上是相电流的3倍。

（ ）7、中线的作用得使三相不对称负载保持对称。

（ ）三、单项选择题（建议每小题2分）1、某三相四线制供电电路中，相电压为220V ，则火线与火线之间的电压为（ ）A 、220VB 、311VC 、380V2、在电源对称的三相四线制电路中，若三相负载不对称，则该负载各相电压（ ）A 、不对称B 、仍然对称C 、不一定对称3、三相对称交流电路的瞬时功率为（ ）A 、一个随时间变化的量B 、一个常量，其值恰好等于有功功率C 、04、某对称三相电源绕组为Y 接，已知︒∠=•15380AB U V ，当t =10s 时，三个线电压之和为（ ）A 、380VB 、0VC 、380/3V5、某三相电源绕组连成Y 时线电压为380V ，若将它改接成Δ形，线电压为（ ）A 、380VB 、660VC 、220V6、已知Ω=6C X 的对称纯电容负载作Δ接，与对称三相电源相接后测得各线电流均为10A ，则三相电路的视在功率为（ ）A 、1800V AB 、600V AC 、600W 7、三相四线制电路，已知︒∠=•2010A I A ，︒-∠=•10010B I A ，︒∠=•14010C I A ，则中线电流N •I 为（ ）A 、10AB 、0AC 、30A8、三相对称电路是指（ ）A 、电源对称的电路B 、负载对称的电路C 、电源和负载均对称的电路（资料素材和资料部分来自网络，供参考。

第五章 三相交流电路 5-1-1 在图5-1中，如果发电机的转子逆时针旋转，三相电动势的相序如何？[答] 相序为1→3→2。

5-1-2 已知星形联接的三相电源中u 23=2202sin(ωt －90°)V ，相序为1→2→3。

试写出u 12 、u 31U 、u 1、u 2 、u 3的表达式。

[答] ｕ12= 2202sin(ωt －90°+120°)V= 2202sin(ωt +30°)Vｕ31= 2202sin(ωt －90°－120°)V= 2202sin(ωt －210°)V=2 220sin(ωt +150°)Vｕ1= 2202/3sin(ωt +30°-30°)V= 1272sin ωt Vｕ2 = 1272sin(ωt -120°)Vｕ3= 1272sin(ωt -240°)V = 1272sin(ωt +120°)V5-2-1 若三相负载的阻抗相等，即｜ＺU ｜＝｜ＺV ｜＝｜ＺW ｜，能否说这三相负载一定是对称的呢？为什么？[答] 仅三相负载的阻抗相等，不能说这三相负载一定是对称的，还必须三相负载的阻抗角也相等，才能说这三相负载是对称的。

5-2-2 试判断下列结论是否正确：(1) 当负载作星形联接时，必须有中性线;(2) 当负载作星形联接时，线电流必等于负载相电流;(3) 当负载作星形联接时，电源线电压必为各相负载电压的3倍[答] (1) 不对，当负载作星形联接时，如果三相负载对称，就不需要中性线。

思考题解答 图5-1 U 2 U 1V 1 V 2 W 1W 2ωe 1e 2 e 3(2) 对的。

(3) 当负载作星形联接时，如果接有中性线，则电源线电压必为负载相电压的3倍；但如果没有接中性线，且三相负载又不对称，则电源线电压就不是负载相电压的3倍。

故该结论是错的。

第五章三相交流电路引言：三相交流电和单相交流电相比具有以下主要优点：1 ．三相电机比单相电机设备利用率高，工作性能优良；2 ．三相电比单相电用途更加广泛；3 ．三相电在传输分配方面更加优越且节省材料。

由于上述原因，所以三相电得到了广泛的应用。

生活中的单相电常常是三相电中的一相。

第一节对称三相交流电源学习目标： 1. 熟悉三相交流电源、三相四线制、三相三线制电路的基本概念2 ．掌握三相交流电源的星形联结和三角形联结的特点重点：三相交流电源的星形联结和三角形联结的特点难点：三相交流电源的三角形联结的特点一、三相电动势图 5-1 图 5-21 ．单相电动势的产生：如图 5-1 所示，在两磁极中间，放一个线圈（绕组）。

让线圈以w 的速度顺时针旋转。

根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由U 1 ® U 2 。

合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势为2 ．三单相电动势的产生：如图 5-2 所示，若定子中放三个线圈 ( 绕组 ) ：U 1 ® U 2 ，V 1 ® V 2 ，W 1 ® W 2 ，由首端（起始端、相头）指向末端（相尾），三线圈空间位置各差120 o ，转子装有磁极并以w 的速度旋转，则在三个线圈中便产生三个单相电动势。

二、三相对称电源图 5-3 1 ．供给三相电动势的电源称为三相电源，三个最大值相等，角频率相同而初相位互差时的三相电源则称为对称三相电源。

如图 5-3 所示，他们的参考方向是始端为正极性，末端为负极性。

2 ．三相电源的表示式3 ．相量表示式及相量图、波形图，如图 5-4 、 5-5 所示图 5-5图 5-44 ．三相电源的特征：大小相等，频率相同，相位互差120º 。

对称三相电源的三个相电压瞬时值之和为零，即5 ．相序：对称三相电压到达正（负）最大值的先后次序，U → V → W → U 为顺序，U → W → V → U 为逆序。