1、 第第6 6章章 三相电路三相电路学习导言学习导言一维线，二维面，三维空间；一生二，二生三，三生万物。除了单相正弦交流电应用广泛外，工业和城乡供电系统中还广泛应用三相交流电。知识点睛知识点睛学习本章，要掌握的知识点是：三相电源 三相三线制和三相四线制 形负载和Y形负载 相序测定和用电安全知识 本章目录本章目录6.1 应用示例应用示例在电力系统中，三相交流电路应用非常广泛。如图6-1所示，这种电路由三相电源和三相负载构成。图6-1 三相电力传送电路6.2 三相电源的产生与联结三相电源的产生与联结6.2.1 对称三相电源三相电压是由三相交流发电机产生的。三相发电机主要由电枢和磁极构成。如图6-2所
2、示为一对磁极的三相发电机原理图。图6-2 三相发电机原理图当转子按顺时针方向匀速旋转时，每相绕组依次切割磁力线，产生感应电动势。这样，我们就得到三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120o的对称三相电压。如下所示AmoBmoCmsinsin(120)sin(120)uUtuUtuUt它们对应的有效值相量为oAoBoC0120120UUUUUU又由于oABC0(1j 3)2(1j 3)2UUUUUU 所以事实上，这三相电压的瞬时值之和也为零，即三相电源的相量图和波形图如图6-3所示。图6-2 三相电源的相量图和波形图三相发电机各绕组中电压达到零值(或极大值)的次序称为相序。在图6-2中，当转子顺
3、时针旋转时，先是A相电压uA达到零值，其次是B相电压uB，最后是C相电压uC，这样的相序(ABC)称为顺序。若三相电源的相序为ACB，则称为逆序。一般发电厂的发电机相序确定以后就不再改变。6.2.2 三相电源Y形接法和接法如图6-4所示，如果把定子绕组的末端X、Y、Z联结在一起成为公共点N，称为中性点中性点。从中性点引出的导线称为中性线中性线。从三相电源的首端A、B、C分别引出输电线与负载相连，这三根线称为相线相线（俗称火线），也称端线。这样组成的三相电源就是星形（Y形）联结的三相电源。图6-4 星形（Y形）联结的三相电源相线与中性线之间的电压（如 ANAUUBNBUUCNCUU）称为相电压相
4、电压。各端线之间的电压（如 ABUBCUCAU）称为线电压。若三相电压大小相等，记为UP，则从而三相线电压可见，在星形联结时，若相电压对称，则线电压也对称。若用UL表示线电压有效值的大小，则三个线电压大小相等，相位互差120o。若相电压为220V，则线电压为380V。各相电压和线电压的相量图如图6-5所示。图6-5 星形（Y形）联结的三相电源相电压与线电压相量图所以星形联结的三相电源线电压是相电压的 3倍，相位超前相应的相电压30o。即oABAoBCBoCAC330330330UUUUUU如果把定子绕组的首尾顺序连接，从各连接点A、B、C分别引出相线，这样就构成了三角形（形）联结的三相电源，如
5、图6-6所示。显然，这种接法没有中性点，线电压等于相电压。即UL=UPABABCBCACUUUUUU图6-6 三角形（形）联结的三相电源 6.3 三相负载三相负载Y形联结形联结在三相供电系统中，三相负载也有星形（Y形）和三角形（形）两种联结形式。先说明Y形联结的情况。如图6-7所示为三相四线制电路。其中，N为Y形联结电源的中性点，N为负载的中性点。图6-7 三相四线制电路以N为参考点，由节点电压法，得 CABABCN NABC111UUUZZZUZZZ各相端线上的电流为AAABBBCCCUIZUIZUIZ如果三相负载是对称的，即 ABCZZZZ，又因为三相电源是对称的，即ABC0UUU所以中性
6、线两端电压和中性线电流分别为N N0UABC0III三相电路中，流过各相负载的电流称为相电流，流过各相端线的电流称为线电流。很显然，Y形联结电路线电流等于相电流，若线电流用 IL表示，相电流用 IP表示，则 LPII例例6-1 如图6-8所示电路，设线电压为380V，每相电压Up=220V，三相负载分别为ABC5,10,20ZZZ 这时三相负载不对称。（1）试求各相电流和中性线电流；（2）当中性线断开时，求NN间电压；（3）A相短路，中性线断开时，求负载各相电压。图6-8 例6-1图解解（1）设 oA220 0 VU，则各相负载电流 ooAAAooBBBooCCC220 0A=44 0 A52
7、20120A=22120 A10220 120A=11 120 A20UIZUIZUIZ故中线电流为oNABC29.119.1 AIIII（2）中性线断开时，由节点电压法，NN间电压CABoooABCNNABCo0.2 220 00.1 2201200.05 220 1201110.20.1 0.0583.1519.1 VUUUZZZUZZZ（3）此时，N为A点，故负载各相电压为ABBACCA0380V380VUUUUU可见，B相和C相的负载承受的电压都超过额定的220V，这是不允许的。同时，我们注意到，中性线可以使星形联结的不对称负载的相电压对称。所以，为了保证负载的相电压对称，不能让中性线
8、断开不能让中性线断开。6.4 三相负载三相负载形联结形联结负载以三角形联结的三相电路如图6-9所示。这是一种三相三线制接法。各相负载的相电压就等于电源线电压，即LPUU图6-9 负载三角形联结的三相电路各相负载的相电流为ABABABBCBCBCCACACAUIZUIZUIZ各线电流为AABCABBCABCCABCIIIIIIIII当负载对称时，即 ABBCCAZZZZ，相电流和线电流也是对称的。分析可得线电流的有效值大小为LP3II线电流和相电流的大小、相位关系为oAABoBBCoCCA330330330IIIIII所以，线电流滞后对应相电流30o，线电流有效值大小是相电流的3倍。例例6-2
9、如图6-11所示电路，三角形接法的三相对称负载接于线电压有效值L220VU 的三相电源上，负载每相电阻 8.66R 感抗 L5X。试求负载的相电压、相电流及线电流。图6-11 例6-2图解解 以A相负载的相电压作为参考相量，负载的相电压分别为oABoBCoCA220 0 V220120 V220120 VUUU负载的阻抗为o8.66j510 30Z 则负载的相电流分别是ooABABoooBCBCoooCACAo220 022 30 A10 3022012022150 A10 3022012022 90 A10 30UIZUIZUIZ负载的线电流分别是ooAABCAoooBBCABoooCCAB
10、Co223022 9019j11j2219j333860 A22150223019j11j2219j1138 180 A22 9022150j22 19j1138 60 AIIIIIIIII 所以各电压、电流的大小关系为PLLP220V,338AUUII6.5 三相电路的功率及测量三相电路的功率及测量6.5.1 三相电路的功率三相电路的平均功率等于各相平均功率之和，即ABCAAABBBCCCcoscoscosPPPPU IU IU I式中，ABC、分别是A、B、C各相相电压和相电流的相位差。当负载是对称时，由于ABCPABCPABCUUUUIIIIABCPPPPP三相总功率为 PPP33cos
11、PPU I当对称负载为星形联结时LPLP3,UUII当对称负载为三角形联结时LPLP,3UUII不论三相对称负载是星形联结还是三角形联结，我们总能得到用线电压和线电流表示的三相功率表达式LL3cosPU I上式中的 角仍然是相电压和相电流之间的相位差。例例6-3 如图6-12所示三相星形连接的负载，每相负载(8j6)Z 三相线电压有效值为380 V，试求各相电流和负载吸收的功率。图6-12 例6-3图解解 因三相电路对称，故相电压设A相电压初相为 o0，于是 A相的电流B相、C相电流大小与A相相等，相位互差120o，即ooBC22156.9 A,22 83.1 AII各负载阻抗角为 o36.9
12、，故 0.8。负载吸收的功率 6.5.2 三相电路的功率测量对于三相四线制的星形联结电路，我们常采用三只单相瓦特表进行测量，这种测量方法叫做三瓦计法或者三表法。如图6-13所示。瓦特表W1、W2、W3分别测量A、B、C三相的平均功率PA、PB、PC，则总功率为ABCPPPP图6-13 三表法测量功率电路对于三相三线制电路，通常用两只瓦特表测量功率，称为二瓦计法或者二表法。如图6-14所示，功率表W1和W2的测量值分别是PA和PB。三相电路的总功率等于PA和PB的代数和。AACA1BBCB2coscosPUIPUI其中，1是 ACU和 AI的相位差角，2是 BCU和 BI的相位差角。图6-14
13、二表法测量功率电路 应用实例应用实例6-1 安全用电 在低压配电系统中采用的保护措施有两种。当低压配电系统变压器中性点不接地时，采用接地保护。当低压配电系统变压器中性点接地时，采用接零保护。接地保护是为了防止触电事故而装设的接地。如电气设备不带电的金属外壳、支架及其与之相连的金属部分的接地就属于保护接地。接零保护是在中性点接地的三相四线制电网中电气设备采用的保护方法。家用电器一般采用三脚插头和三眼插座。三眼插座的正确接法如图6-15所示。图6-15 三眼插座的正确接法6-2 相序测定交换电源的相序可以改变电动机的旋转方向。三相电源的相序测定可根据中性点偏移的原理来测定。图6-16 相序测定电路
14、 测定相序的电路如图6-16所示。先在A相中接入一个电容C=1F，B、C两相分别接入一个参数为220V、40W的白炽灯泡。根据理论分析，灯较亮的一相应为B相，B相电压高于C相电压，灯泡暗的一相为C相，它的相位滞后灯泡亮的B相，B相又滞后接电容的A相。这就测定了相序。6-3 民用住宅供电系统一般来说，住宅供电系统的任务是从电源通过电力网络合理地分配给各用电设备，如图6-17所示。图6-17 民用住宅供电系统下面，我们简单介绍谐波对电网的危害。在电力、电子系统中经常会产生正弦量的谐波信号。所谓谐谐波波，是一个周期电量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。例如，市电频率为50 Hz，以此为基波，则
15、2次谐波为100 Hz,3次谐波为150 Hz，以此类推。由于谐波频率高于基波频率，故常称为高次谐波。很多设备如电动机、变压器、冶炼电弧炉、微波炉、变频装置、大容量晶闸管整流设备等都会在供电系统中产生高次谐波，使电流波形畸变。谐波对用电设备的危害主要有以下几种。(1)对电机的影响。高次谐波成分会使电机的铁心和绕组产生的附加损耗增加。(2)对变压器的影响。谐波电流会使变压器的铜耗增加，使绕组过热。(3)对输电线路的影响。谐波电流会使输电线路的附加损耗增加。(4)对电力电容器的影响。谐波电压升高，会使电容器的损耗增大，加速电容器的老化，从而发生故障，或者使电容器过载、过电压而不能正常工作。抑制谐波的措施，主要是在谐波源附近架设滤波器，吸收高次谐波。重点采撷重点采撷 三相发电机产生的三相电源其大小相等，但相位互差120o。三相电源有星形联结和三角形联结两种形式。星形电源与星形负载联结的基本形式是三相四相制。若负载对称，则中性线无电流。线电压 是相电压 的 倍。三角形电源或星形电源与三角形负载的联结为三相三线制。负载为三角形联结时，线电流 是相电流 的 倍。LUPU3LIPI3重点采撷重点采撷 在对称三相电路中，三相电路的平均功率为 或者PP3cosPU ILL3cosPU I
