三相交流电PPT.ppt
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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。
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。
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。
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。
+,+,+,铁心,绕组,A,X,任务1三相电源与三相负载,三相交流电动势的产生,三相对称电动势的产生,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,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:
120,120,120,三相电压相量图,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。
顺序:
相序为ABC。
逆序:
相序为ACB。
三相发电机中各绕组电动势到达幅值(或零值)的先后次序。
三相电源的联接1.星形联接,N,中点或零点,把发电机三相绕组的末端接成一点。
而把始端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。
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,N,中点或零点,火线,中线或零线,火线,火线,线电压,相电压,根据KVL:
各线电压与相电压之间的关系为:
三相电源各电压间的相量关系,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:
2.形联结,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。
如果三相电源电动势对称,则三相电压的相量和为零,即:
如果将某一相绕组接反,三角形回路中的总电压为:
对称,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。
三相负载的联接,1.Y形联结,N,负载中电流:
(略线路阻抗),中性线中的电流为:
若负载对称,即,对称负载相量图,对称负载可以去掉中线。
三相交流电动机,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,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。
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】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。
解:
因为负载对称,计算一相即可,现以U相为例。
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(XLXC)。
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(XLXC)0称为“容性负载”。
【例2】在如图(a)所示的三相四线制电路中,外加电压UL=380V,试求各相负载电流及中线电流。
解:
相电压,选,为参考相量,则:
中线电流为,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220V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。
负载的三角形联接(形),若忽略端线阻抗(ZL=0),则电路具有以下关系。
iC,A,B,C,iB,iA,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,
(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,各相负载的电压与电流相位差分别为,
(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,若负载对称,即,和,则负载相电流也是对称的,即,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。
iC,A,B,C,iB,iCA,iBC,iAB,+,uAB,+,uBC,+,uCA,(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,即,且滞后于相应的相电流30。
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。
相量图,【例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。
式中,每相阻抗为:
则线电流为:
解:
由于是对称电路,所以每相相电流为:
不对称三相电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。
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)。
N,+,+,+,L1,L2,L3,负载的额定电压=电源的线电压,负载的额定电压=电源的相电压,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.,三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压决定。
当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联接;,当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联接。
注意,三相四线制,三角形联接,星形联接,负载对称时:
三相电路的功率,三相总有功功率:
三相电路的功率,在三相负载对称的条件下:
灯组,若R1=5,R2=10,R3=20。
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,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,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。
而L2相和L3相未受影响,其相电压仍为220V,正常工作。
10,20,10,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,
(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,L1相灯不亮。
10,20,10,例:
某大楼的系统供电线路图如下图所示。
某一天,该大楼电灯突然发生故障,第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来,而第一层楼电灯亮度不变,试问这是什么原因?
同时发现,第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些,这又是什么原因?
本系统供电线路图,讨论,
(1)分析得,当E处断开时,二、三层楼的灯串联接380V电压,亮度变暗,一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。
(2)因为三楼灯多于二楼灯即R3R2,所以三楼灯比二楼灯暗。
解:
L1,N,三层,二层,一层,+,L2,L3,三相三线制:
线电压=380V,Z,A,C,B,.,.,.,一楼,二楼,三楼,220V,100W,某三层楼房,若每层装入照明灯的盏数及每盏灯的额定功率完全相同。
试分析能否采用图示三相三线制的接线方式供电?
N,照明系统分析,三相三线制:
线电压=380V,情况1:
一楼全部断开,二、三楼全部接通。
二、三两层楼的灯承受的电压是380V线电压UBC。
结果:
每盏灯上的电压为190V,电灯变暗。
Z,A,C,B,.,.,.,一层楼,二层楼,三层楼,220V,100W,N,A,C,B,情况2:
一楼的灯全断,三楼的灯全通,二楼有1/4接通。
结果:
二楼灯泡的电压超过额定值,灯泡被烧毁。
A,C,B,R2,R3,三相交流电路的小结
(1)-三相电源,三相三线制,三相四线制,三相交流电路的小结
(2)-三相负载,星形负载,三角形负载,三相交流电路的小结(3)-三相电路计算,负载对称时:
电压对称、电流对称,只需计算一相。
三相电路的计算要特别注意相位问题。
三相交流电路的小结(4)-三相功率计算,三相总功率:
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=380V的三相电源上;
(2)绕组联成三角形接于Ul=220V的三相电源上。
例1:
解:
(1),
(2),比较
(1),
(2)的结果:
有的电动机有两种额定电压,如220/380V。
当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形;当电源电压为220V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。
三相对称负载作三角形联结,Ul=220V,当S1、S2均闭合时,各电流表读数均为17.3A,三相功率P=4.5kW,试求:
1)每相负载的电阻和感抗;2)S1合、S2断开时,各电流表读数和有功功率P;3)S1断、S2闭合时,各电流表读数和有功功率P。
例2:
解:
(1)由已知条件可求得,
(2)S1闭合、S2断开时,I1=I3=10AI2=17.32A,流过电流表L1、L3的电流变为相电流IP,流过电流表L2的电流仍为线电流Il。
因为开关S均闭合时每相有功功率P=1.5kW,当S1合、S2断时,Z12、Z23的相电压和相电流不变,则P12、P23不变。
P=P12+P23=3kW,I2=0A,(3)S1断开、S2闭合时,变为单相电路,I31仍为相电流IP,I12、I23变为1/2IP。
I1=I3=10A+5A=15A,I12、I23变为1/2IP,所以L1L2、L2L3相的功率变为原来的1/4。
P=1/4P12+1/4P23+P31=0.375W+0.375W+1.5W=2.25kW,某大楼为日光灯和白炽灯混合照明,需装40瓦日光灯210盏(cos1=0.5),60瓦白炽灯90盏(cos2=1),它们的额定电压都是220V,由380V/220V的电网供电。
试分配其负载并指出应如何接入电网。
这种情况下,线路电流为多少?
例3:
解:
(1)该照明系统与电网连接图,解:
(1)该照明系统与电网连接图,例4:
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。
线电压Ul为380V的三相电源上,接有两组对称三相电源:
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:
各组负载的相电流;
(2)电路线电流;(3)三相有功功率。
负载星形联接时,其相电流为,负载三角形联解时,其相电流为,
(2)电路线电流,一相电压与电流的相量图如图所示,一相电压与电流的相量图如图所示,(3)三相电路的有功功率,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,后者称为并联谐振。
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