1、第五章 三相交流电路目录学习目标理解三相电源的两种联结方式，星形理解三相电源的两种联结方式，星形联结和三角形联结联结和三角形联结掌握三相负载的两种联结方式，星形掌握三相负载的两种联结方式，星形联结和三角形联结联结和三角形联结理解三相电路的功率的计算理解三相电路的功率的计算5.1 三相电源三相电源概述概述目前，世界各地的电力系统绝大多数采用目前，世界各地的电力系统绝大多数采用三三相制相制供电方式供电方式 三相制三相制就是以三个大小和频率相同，而相位彼就是以三个大小和频率相同，而相位彼此相差此相差120的三相正弦电源供电体系。的三相正弦电源供电体系。说明：三相电路也可看作按一定规律组成的复说明：三
2、相电路也可看作按一定规律组成的复杂交流电路，故前面讨论的交流电路的一般规杂交流电路，故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。律和计算方法，在此仍然适用。NS U1U2e5.1.1 三相电源的产生三相电源的产生根据右手定则可知，线圈中产生感根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由应电动势，其方向由U1U2。交流电动势的产生交流电动势的产生在两磁极中间，放一个线圈在两磁极中间，放一个线圈让线圈以让线圈以 的速度顺时的速度顺时针旋转。针旋转。122sinU UeEt合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到圈两端便可得到
3、单相交流电动势。单相交流电动势。三相交流发电机利用电磁感应原理将机械能三相交流发电机利用电磁感应原理将机械能转变为电能，产生三相电源转变为电能，产生三相电源三相交流发电机主要组成部分：三相交流发电机主要组成部分：电枢和磁极电枢和磁极又称定子，是固定的，定子铁心内圆周表又称定子，是固定的，定子铁心内圆周表面冲有槽，用以放入三组电枢绕组。面冲有槽，用以放入三组电枢绕组。电枢：电枢：磁极：磁极：又称转子，是旋转的。转子铁心上绕有又称转子，是旋转的。转子铁心上绕有励磁绕组，用直流电流励磁。励磁绕组，用直流电流励磁。三相绕组三相绕组n单相绕组单相绕组+U1U2V1V2W2W1U2V1W1U1V2+SNW
4、2铁铁心心绕组绕组U1 U2+SN+SN+SN+SN+SN+SN+SN转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋转。三个线圈中便产的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。这种电动势幅值相等生三个单相电动势。这种电动势幅值相等,频率相频率相同同,彼此之间相位差相同为彼此之间相位差相同为120120，称为三相对称，称为三相对称电动势电动势三相电动势的表示式三相电动势的表示式240120tsinEetsinEetsinEemWmVmU)120sin(tEm三角函数式三角函数式三相电动势的特征三相电动势的特征相量表示式相量表示式1201200EEEEEEWVU0WVUEEE瞬时值之和瞬时值之和相量
5、之和相量之和0WVUeee 大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120120。三相对称电动势的波形图和相量图三相对称电动势的波形图和相量图VeUeEm We-Em 0t波形图波形图u120 120 120 VEWEUE相量图相量图120120120三相对称电动势的相序三相对称电动势的相序三个电动势三个电动势在相位上的在相位上的先后次序称先后次序称为为相序相序在电力系统中一般用黄、绿、红在电力系统中一般用黄、绿、红 区别区别U、V、W 三相。三相。E Em mE Em m t t0 02 2 eUeWeVUVWU为顺相序（也称正序），为顺相序（也称正序），UWVU为逆相序（也
6、称负序）。为逆相序（也称负序）。5.1.2 三相电源的连接方式三相电源的连接方式U1(W2)V1(U2)W1(V2)将三相交流发电机绕组的始末端依次相连，构成一将三相交流发电机绕组的始末端依次相连，构成一个闭合的三角形，从两两的连接点引出输出端，这个闭合的三角形，从两两的连接点引出输出端，这种连接方法称为种连接方法称为三角形联结三角形联结（也称（也称形联结）形联结）三角形联结仅三角形联结仅在三相变压器在三相变压器中采用中采用将三相交流发电机绕组的三个末端将三相交流发电机绕组的三个末端U2、V2、W2联在联在一起，从始端一起，从始端U1、V1、W1引出引出作输出端，这种联接作输出端，这种联接方法
7、称为三相电源的星形联结（也称方法称为三相电源的星形联结（也称Y Y形联结）形联结）UvwU N V W 中性点中性点或零点或零点中线（零线）中线（零线）相线（火线）相线（火线）相线（火线）相线（火线）相线（火线）相线（火线）三相四线制三相四线制三相四线三相四线制供电制供电火线（相线）火线（相线）UVW中线（零线）中线（零线）N三相三线制供电中三相三线制供电中没有没有中线中线UvwU N V W UvwU N V W 三相四线制三相四线制三相三线制三相三线制 Ve+Ue+WeUvwU N V W+Uu+UVu+Vu+Wu电源每相绕组两端的电压或相线与中性线电源每相绕组两端的电压或相线与中性线之间
8、的电压之间的电压相电压：相电压：UUVUWU电动电动势势相电相电压压任意两相绕组始端之间的电压或任意两相任意两相绕组始端之间的电压或任意两相线之间的电压线之间的电压线电压：线电压：UVUVWUUWU+WUu+VWu线电线电压压三相电动势对称三相电动势对称LWUVWUVUUUUPWVUUUUU相电压对称相电压对称线电压对称线电压对称,UUVVWWueueue电压关系电压关系UWWUWVVWVUUVUUUUUUUUUU UU U U UW W U UV V UVU3030o o3030o o3030o oVWUWUUVUUVUVUUUWU30 UVUVUVUUUUU 3UVUUU3VWVUU3WU
9、WUUP3LUU星型联结时，在相位上，星型联结时，在相位上，线电压超前相应的相电线电压超前相应的相电压压3030，在数值上线电，在数值上线电压是相电压的压是相电压的 倍倍 35.2 三相电路电压与电流的关系三相电路电压与电流的关系如果每相负载的阻抗不相等，则称如果每相负载的阻抗不相等，则称为三相不对为三相不对称负载称负载，如照明负载等。，如照明负载等。概述概述三相负载是由三个单相负载组合起来的。三相负载是由三个单相负载组合起来的。根据构成三相负载的负载性质与大小不同，根据构成三相负载的负载性质与大小不同，将负载分成三相对称负载和三相不对称负载。将负载分成三相对称负载和三相不对称负载。如果每相负
10、载的阻抗值和阻抗角完全相等，如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为则为对称负载对称负载，如三相异步电动机。，如三相异步电动机。星形接法星形接法ACB NZZZ三角形接法三角形接法ACBZZZ负载的两种接法负载的两种接法:5.2 三相电路电压与电流的关系三相电路电压与电流的关系5.2.1 三相负载的星形联结三相负载的星形联结三相四线制电路三相四线制电路将三相负载的每相的末端联成一点，将三相负载的每相的末端联成一点，并与电源中性点并与电源中性点N N相联，将每相负载的始端分别接相联，将每相负载的始端分别接到电源三根相线上。到电源三根相线上。NIZVZWZUUvwVIWIUI三相负载的星形联结电
11、路三相负载的星形联结电路星形联结电路星形联结电路+VU+UUUvwWU5.2.1 三相负载的星形联结三相负载的星形联结NIZVZWZU+VU+UUUUvwvwVIUIWIUIVIWI+UU三相负载的星形联结电路三相负载的星形联结电路WU相电流：通过每相负载的电流相电流：通过每相负载的电流线电流：每根相线上通过的电流线电流：每根相线上通过的电流相电流相电流线电流线电流中性线中性线电流电流根据三相负载的星形联结电路图知：忽略输电线上根据三相负载的星形联结电路图知：忽略输电线上的阻抗，三相负载的线电压就是电源的线电压；三的阻抗，三相负载的线电压就是电源的线电压；三相负载的相电压就是电源的相电压。线电
12、流就是相相负载的相电压就是电源的相电压。线电流就是相电流。电流。因此：因此：PLUU3 相电压与线电压的关系相电压与线电压的关系 相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系PLII 相电压和相电流的关系（依据向量形式相电压和相电流的关系（依据向量形式 的欧姆定律）的欧姆定律）WWWVVVUUUZUI,ZUI,ZUI中线电流及中线的作用中线电流及中线的作用中性线电流是三相相电流之和，即：中性线电流是三相相电流之和，即：三相负载对称时，三个相电流对称三相负载对称时，三个相电流对称0NI中线不起作用，取消中线不会影响电路的正常工作。中线不起作用，取消中线不会影响电路的正常工作。三相负载不对称时，三个相
13、电流不对称三相负载不对称时，三个相电流不对称0NI中线不能取消，否则会影响电路的正常工作。中线不能取消，否则会影响电路的正常工作。NUVWIIII说明：高压输电系统采用三相三线制供电（如三相电动机）；低压配电系统中采用三相四线制供电（如三相照明电路）。I IU U I IN N I IW W I IV V 0NI120120120I IU U I IW W I IV V 1201201200NI三相负载星形联结时电流向量图三相负载星形联结时电流向量图解解:因为三相负载对称，因为三相负载对称，则每相电压为则每相电压为 lp380V220V33UU 因为是星形联结，所以线电因为是星形联结，所以线电
14、流等于相电流，为流等于相电流，为plp22L2-3 2220A22A6(2 50 25.5 10)UIIRX例例5.2.1 5.2.1 如图所示的电路中，有一星形联结的三相如图所示的电路中，有一星形联结的三相对称负载，已知每相电阻对称负载，已知每相电阻 ，电感，电感 现把它接入线电压现把它接入线电压 的三相线路中，的三相线路中，求通过每相负载的电流和线路上的电流。求通过每相负载的电流和线路上的电流。l380V50HzUf，6R25.5mHL 5.2.2 三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结三角形联结三角形联结电路电路ZUVZVWZWUVWIUVIWUIVIWIUIU1(W2)V1(U2)W
15、1(V2)三相负载的三角形联结电路三相负载的三角形联结电路UVUUvw+方法：依次把一相负载的末端和次一相负载的始端方法：依次把一相负载的末端和次一相负载的始端相连，构成一个封闭的三角形，引出三根端线，将相连，构成一个封闭的三角形，引出三根端线，将引出的三根端线接在三相电源引出的三根端线接在三相电源U U、V V、W W三根相线上三根相线上 ZUVZVWZWUVWIUVIWUIVIWIUIU1(W2)V1(U2)W1(V2)三相负载的三角形联结电路三相负载的三角形联结电路UVUUvw+LUUP因此：因此：负载的相电压负载的相电压=电源的线电压电源的线电压由图知：每相负载的两端跨接在两根电源的相
16、线之间由图知：每相负载的两端跨接在两根电源的相线之间 三角形联结电路中的电压电流关系三角形联结电路中的电压电流关系相电流与线电流的关系相电流与线电流的关系相电压和相电流的关系相电压和相电流的关系WUUVUIIIUVVWVIIIVWWUWIIIU VU VU VUIZVWVWVWUIZW UW UW UUIZ有效值有效值相位相位三角形联结电路中的电压电流关系三角形联结电路中的电压电流关系UVUVUVVWVWVWWUWUWUUIZUIZUIZUVUVUVVWVWVWWUWUWUarctanarctanarctanXRXRXRIVWIUVI WUUVWUUVUWU30UIWUIIVIW相位上线电流滞
17、后相应的相电流相位上线电流滞后相应的相电流3030电压电流相量图电压电流相量图3LPII数值上线电流是相电流的数值上线电流是相电流的3倍倍 三相负载采用何种联接方式由三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线电压线电压时采用时采用三角形三角形联结联结；当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相电压相电压时采用时采用星形星形联结。联结。三三相相四四线线制制三角三角形联形联结结星形联结星形联结N NU UV VW WZ Z3 3Z Z2 2Z Z1 1M M3 3 5.3 三相电路的功率三相电路的功率三相电路功率的一般表达式
18、三相电路功率的一般表达式5.3.1 三相电路的功率的计算三相电路的功率的计算UVWUUUVVVWWWcoscoscosPPPPU IU IU I三相电路总的有功功率三相电路总的有功功率各相相电压各相相电压的有效值的有效值各相相电流各相相电流的有效值的有效值各相负载的各相负载的功率因数功率因数三相电路总无功功率三相电路总无功功率Q UVWUUUVVVWWWsinsinsinQQQQU IU IU I三相电路中总的视在功率三相电路中总的视在功率S 22SPQ注意：注意：UVWSSSS有功功率：有功功率：无功功率：无功功率：视在功率：视在功率：三相对称电路的功率三相对称电路的功率ppp33cosPP
19、U I总有功功率总有功功率每相负载的每相负载的有功功率有功功率负载的阻抗角负载的阻抗角ppll3sin3sinQU IU Ippll33SU IU IL L3cosPU I和接和接法法无关无关例例5.3.1 5.3.1 有一个三相对称感性负载，其中每相的有一个三相对称感性负载，其中每相的L1216RX，接在线电压为，接在线电压为l380VU 的三相电源上。的三相电源上。负载作星形联结时，计算负载作星形联结时，计算plIIP、及 负载改成三角形联结，再计算上述各量；负载改成三角形联结，再计算上述各量；并比较两种接法的计算结果。并比较两种接法的计算结果。；解解:每相负载的阻抗模为每相负载的阻抗模为
20、 2222L121620ZRX 负载的功率因数为负载的功率因数为 12cos0.620RZ 负载作星形联结时负载作星形联结时lp380V220V33UU plp220A11A20UIIZYl l3cos3 380 11 0.6W4.344kWPU I pl380VUUpp380A19A20UIZ 负载作三角形联结时负载作三角形联结时 lp33 19A33AIIll3cos3 380 33 0.6W13.032kWPU I 两种联结方法计算结果比较如下两种联结方法计算结果比较如下ppYpYp38033220UUUU，即ppYpYp193311IIII，即llYlYl333311IIII，即YY1
21、3032334344PPPP，即5.3.2 三相功率的测量三相功率的测量在工程上，除用三相功率表测量三相功率外，还在工程上，除用三相功率表测量三相功率外，还可用单相功率表示测量三相功率，其测量方法有可用单相功率表示测量三相功率，其测量方法有三表法、一表法和二表法三种。三表法、一表法和二表法三种。三表法：三表法：用于测量三相四线制不对称负载的功率。用于测量三相四线制不对称负载的功率。一表法：一表法：用来测量三相对称负载电路中，三相负用来测量三相对称负载电路中，三相负载是对称的负载的功率载是对称的负载的功率二表法：二表法：用来测量三相三线制对称或不对称负载的用来测量三相三线制对称或不对称负载的功率
22、。功率。5.3 三相电力系统三相电力系统 电能由发电厂产生，通过输电线作远距离或近距电能由发电厂产生，通过输电线作远距离或近距离的输送，最后分配给各个工厂企业及其他用户，离的输送，最后分配给各个工厂企业及其他用户，这样就构成了发电、输电和配电的完整系统，这个这样就构成了发电、输电和配电的完整系统，这个系统称为系统称为电力系统。电力系统。电力系统导线的选择电力系统导线的选择允许载流量（安全载流量）允许载流量（安全载流量）是指不超过最高工作是指不超过最高工作温度的条件下，允许长期通过的最大电流。温度的条件下，允许长期通过的最大电流。安全用电安全用电人身安全人身安全电击电击是指因电流通过人体而使内部
23、器官受伤的现象。是指因电流通过人体而使内部器官受伤的现象。电伤电伤主要是指人体外部遭受电弧等造成烧伤的现象。主要是指人体外部遭受电弧等造成烧伤的现象。触电触电 单相触电单相触电 两相触电两相触电 跨步电压触电跨步电压触电 接触电压触电接触电压触电 单相触电单相触电 两相触电两相触电 跨步电压触电跨步电压触电 安全措施安全措施凡是电气设备或设施的任何部分（不论带电与不带电），凡是电气设备或设施的任何部分（不论带电与不带电），人为地或自然地与具有零电位的大地相接通的方式，人为地或自然地与具有零电位的大地相接通的方式，便称为电气接地，简称便称为电气接地，简称接地。接地。工作接地工作接地 安全接地安全
24、接地 保护接零保护接零工作接地工作接地由于运行和安全需要，为保证电网在正常情况或由于运行和安全需要，为保证电网在正常情况或事故情况下都能可靠的工作而将电气回路中性点事故情况下都能可靠的工作而将电气回路中性点与大地相连，称为与大地相连，称为工作接地。工作接地。作用作用 降低触电电压降低触电电压 迅速切断故障设备迅速切断故障设备 降低电气设备对地的降低电气设备对地的绝缘要求绝缘要求 安全接地（保护接地）安全接地（保护接地）将电气设备在正常情况下不带电的金属部分（如将电气设备在正常情况下不带电的金属部分（如外壳）与接地装置实行良好的金属性连接，这种外壳）与接地装置实行良好的金属性连接，这种方式称为方式称为保护接地保护接地 保护接零保护接零保护接零是将电气设备的金属外壳接到零线（或称保护接零是将电气设备的金属外壳接到零线（或称中性线）上，适用于中性点接地的低压系统中中性线）上，适用于中性点接地的低压系统中
