1、1模块模块5 5 三相正弦交流电路三相正弦交流电路 项目5.2 三相负载的连接及其电压电流关系 项目5.3 对称三相电路的计算 项目5.4 不对称三相电路的分析 项目5.5 三相电路的功率 项目5.1 三相电源 【知识目标知识目标】牢固掌握对称三相正弦量的瞬时表达式、波形、相量表达式牢固掌握对称三相正弦量的瞬时表达式、波形、相量表达式及相量图。及相量图。牢固掌握三相电路的星形、三角形连接方式及其线电压与相牢固掌握三相电路的星形、三角形连接方式及其线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。电压、线电流与相电流之间的关系。牢固掌握对称三相电路的分析计算。牢固掌握对称三相电路的分析计算。掌握不对称星
2、形连接负载的分析方法掌握不对称星形连接负载的分析方法。模块五三相正弦交流电路模块五三相正弦交流电路 【技能目标技能目标】掌握负载两种连接的线电压与相电压、线电流与相电流间的掌握负载两种连接的线电压与相电压、线电流与相电流间的关系。关系。掌握三相电路功率的测量。掌握三相电路功率的测量。【课时安排课时安排】1212课时。课时。3 目前动力电所采用的供电方式绝大多数目前动力电所采用的供电方式绝大多数是三相制。作为生产用电中最主要的负载，是三相制。作为生产用电中最主要的负载，交流电动机大多数是交流电动机大多数是三相交流电动机三相交流电动机。18911891年年世界上第一台三相交流发电机在德世界上第一台
3、三相交流发电机在德国劳芬发电厂投运，并建成了第一条从劳芬到国劳芬发电厂投运，并建成了第一条从劳芬到法兰克福的三相交流输电线路。由于三相电路法兰克福的三相交流输电线路。由于三相电路输送电力比单相电路经济，三相交流电机的运输送电力比单相电路经济，三相交流电机的运行效率也比单相交流电机高，因此目前世界上行效率也比单相交流电机高，因此目前世界上电力系统负荷用电几乎无例外地采用电力系统负荷用电几乎无例外地采用三相制三相制。4项目项目5.1 5.1 三相电源三相电源 5.1.15.1.1三相对称电源三相对称电源 5.1.25.1.2三相电源的连接三相电源的连接55.1.1 5.1.1 三相对称电源三相对称
4、电源 图图5-1 三相交流发电机的原理图三相交流发电机的原理图6当转子在原动机的带动下，以均匀速度按顺时针当转子在原动机的带动下，以均匀速度按顺时针方向转动时，每相定子绕组依次切割磁力线。定方向转动时，每相定子绕组依次切割磁力线。定子绕组中产生频率相同，幅值相等的正弦交流电子绕组中产生频率相同，幅值相等的正弦交流电源源 、及及 。三个电源电压的参考方向规定。三个电源电压的参考方向规定由定子绕组的始端指向末端。由定子绕组的始端指向末端。这种最大值相等，角频率相同，相位互差的三个这种最大值相等，角频率相同，相位互差的三个正弦交流电源称为对称三相电源。正弦交流电源称为对称三相电源。AuBuCu7假定
5、三相发电机的初始位置如上图所示，产生的假定三相发电机的初始位置如上图所示，产生的电源最大值为，频率为，是有效值。如果选择电源最大值为，频率为，是有效值。如果选择A相为参考正弦量，则可得出相为参考正弦量，则可得出)120sin(120sin(sintUutUutUumCmBmA1201200UUUUUUCBA8其对应的正弦波形和相量图如图其对应的正弦波形和相量图如图5-2所示。所示。图图5-2 三相交流电三相交流电u(t)t0uA uB uC (a)波形图波形图(b)相量图相量图 1201209从波形图和相量图很显然可得到这样的结论：三从波形图和相量图很显然可得到这样的结论：三相对称电源在任一时
6、刻的和为零。即相对称电源在任一时刻的和为零。即0CBAuuu0CBAUUU 三相交流电出现正幅值三相交流电出现正幅值(或零值或零值)的顺序称为相的顺序称为相序。序。图图5-25-2所示，三相交流电中的相序为所示，三相交流电中的相序为ABCABC，称为正序称为正序(或顺序或顺序)；若相序为若相序为CBACBA，则称为逆序，则称为逆序(或反序或反序)。若无。若无特别说明，相序均为正序。特别说明，相序均为正序。10三相电源的相量模型图，如图三相电源的相量模型图，如图5-3所示。所示。AXUAUBYBCZUC 图图-3-3三相电源模型三相电源模型115.1.2 5.1.2 三相电源的连接三相电源的连接
7、 1三相电源的星形连接三相电源的星形连接 三相电源向负载供电时，发电机的三相定子绕三相电源向负载供电时，发电机的三相定子绕组必须进行恰当的连接。把三相定子绕组的末组必须进行恰当的连接。把三相定子绕组的末端连在一起，三个始端为电源的输出端，这种端连在一起，三个始端为电源的输出端，这种连接形式称为三相电源的星形连接，用连接表连接形式称为三相电源的星形连接，用连接表示。末端连接在一起的点称为中性点（简称中示。末端连接在一起的点称为中性点（简称中点）或零点，用表示，如图点）或零点，用表示，如图5-4所示。所示。12A Au uA Au uC Cu uB BC CB BA AB BC CN NN Nu
8、uABABu uBCBCu uCACA从中点引出的导线称为中线或零线，从始端从中点引出的导线称为中线或零线，从始端A、B、C引出的三根导线称为相线或端线，俗称引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。火线。相线与中线间的电压，即每相定子绕组始端与末端之间的电压，称为相电压；参考方向由相线指向中线，电源相电压用符号 、表示。相线与相线之间的电压，即任意两端线间的电压，称为线电压；用 、表示，参考方向分别为 、.AuBuCuABuBCuCAuBACB AC ACCACBBCBAABuuuuuuuuuACCACBBCBAABUUUUUUUUU14当三相电源相电压对称时（一般三相电源都是对当三相电源相电
9、压对称时（一般三相电源都是对称的），假设称的），假设 、。0UUA120UUB120UUC则线电压与相电压的相量关系为则线电压与相电压的相量关系为120303120303303ABCACCAABBCBBCABAABUUUUUUUUUUUUUU其相量图如图其相量图如图5-5所示。所示。15UAUBUUABUCUCA303030图图5-55-5对称三相电源对称三相电源 连接时线电压、相电压相量关系连接时线电压、相电压相量关系由相量式和相量图可知，由相量式和相量图可知，、也是对称也是对称三相正弦量，且相序相同。同理，任一时刻三个三相正弦量，且相序相同。同理，任一时刻三个线电压的代数和也为零。且：线电
10、压的代数和也为零。且：ABUBCUCAUPlUU3因此三相电源星形连接有两种供电方式，一种是三因此三相电源星形连接有两种供电方式，一种是三相四线制，另一种是三相三线制即无中线。目前电相四线制，另一种是三相三线制即无中线。目前电力网的低压供电系统（又称民用电）为三相四线制力网的低压供电系统（又称民用电）为三相四线制，此系统供电的线电压是，此系统供电的线电压是 ，相电压是相电压是 ，通通常写作电源电压常写作电源电压 。V380V220V220/380172三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接就是把三相电源的始、末三相电源的三角形连接就是把三相电源的始、末端依次相接，由三个连
11、接点引出三条相线就形成端依次相接，由三个连接点引出三条相线就形成三相电源的三角形连接，如图三相电源的三角形连接，如图5-6（a）所示。）所示。CBABCAUCUBUAXYZUCUBUAUBUC（a）三相电源三角形连接）三相电源三角形连接 (b)正确连接的电压相量图正确连接的电压相量图 18由图可以看出线电压就是相应的相电压，即由图可以看出线电压就是相应的相电压，即AABUUBBCUUCCAUU 三相电源作三角形连接时，要注意接法的正确三相电源作三角形连接时，要注意接法的正确性，当三相电源连接正确时，据性，当三相电源连接正确时，据KVL，有，有0CBAuuu 0CBAUUU19若一相电源的始、末
12、端接反（如若一相电源的始、末端接反（如A相接反），此相接反），此时回路电压的相量关系为时回路电压的相量关系为ACBAUUUU2是一相电源电压的两倍，相量图如图是一相电源电压的两倍，相量图如图5-6(c)所示所示，即两倍的电源电压作用于三相闭合回路，而三，即两倍的电源电压作用于三相闭合回路，而三相电源的内阻抗又很小，因此在回路中会产生很相电源的内阻抗又很小，因此在回路中会产生很大的环流，以至烧坏电源。大的环流，以至烧坏电源。-2UA-UAUBUC(c)A相接反的电压相量图相接反的电压相量图当三相发电机的绕组采用三角形连接，发电机空载当三相发电机的绕组采用三角形连接，发电机空载运行时，只要三相电压
13、存在一点偏差，三相电压相运行时，只要三相电压存在一点偏差，三相电压相量和不为量和不为0，发电机绕组有环流；接入负载时，如，发电机绕组有环流；接入负载时，如果负载存在一点不平衡，发电机回路三相电压不对果负载存在一点不平衡，发电机回路三相电压不对称会更加严重，发电机绕组环流会进一步加大，存称会更加严重，发电机绕组环流会进一步加大，存在损坏发电机绕组的风险，所以发电机不允许采用在损坏发电机绕组的风险，所以发电机不允许采用三角形连接。三角形连接。重点串联重点串联对称三相正弦量对称三相正弦量 0)120sin()120sin()sin(120CBAmcmBmAuuutUutUutUu特点：的正弦量、相位
14、依次相差最大值相等、频率相同三相电源三相电源 120303120303303ABCCAABBBCAUUUUUUUABU线、相电压的关系相电压线电压提供的电压连接是对称的）采用连接：（三相电源一般三相负载三相负载 30,3线电流滞后相应相电流对称时有，连接：线、相电流满足的相电流连接：线电流就是相应plIIKCL三相电路三相电路，用中点法分析不对称三相电路：相序的对称量，各响应都是和电源同对称三相电路：00NNNNUU三相功率三相功率 UISUIQUIPQPSQQQQPPPPCBACBA3sin3cos322对称时一般情形：三相功率的测量三相功率的测量 制有功功率二表法：测量三相三线相四线制有功功率三表法：测量不对称三四线制度制有功功率一表法：测量对称三相
