三相电源的连接.ppt

电路分析基础电路分析基础 返章目录返章目录 7.2 7.2 三相三相 电源的电源的 连接连接 7.1 三相 交流电的 基本概念 7.3 三相 负载的连接 7.4 7.4 三相三相 电路的功率电路的功率 第7章 三相电路 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 熟悉三相电路的两种接线方式，掌 握三相电路中电压、电流的相值与线值 之间的大小和相位关系；熟悉三相电路 对称与不对称情况下的分析计算方法； 掌握三相电路中各种功率关系；进一步 理解相量法并掌握其在三相电路中的应 用。 本章的学习目的和要求 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 7.1 7.1 三相交流电的基本概念三相交流电的基本概念 现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三相交流供电系 统在发电、输电和配电方面具有很多优点，因此在生产和生 活中得到了极其广泛的应用。 × × × × N S X B Y C Z A 三相定子绕组 在空间位置互空间位置互 差差120120 o o 定子定子 转子转子 转子装有磁极以转子装有磁极以 的角速度旋转的角速度旋转 时，定子三相绕组中便分别感应时，定子三相绕组中便分别感应 电动势。电动势。 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图 尾端： X Y Z 首端： A B C 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 电路分析中很少用电动势，通 常用电压来表示。以A相绕组的 感应电压为参考正弦量，则发电 机的三相感应电压分别为： 三相感应电压用波形图和相量图可分别表示为： u 0 T uAuB uC t 120° 120° 120° UB UA UC 显然三个电压大小相等，频率相同，相位互差120º。 7.1 7.1 三相交流电的基本概念三相交流电的基本概念 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 三个最大值相等最大值相等，角频率相同角频率相同，彼此相位互差相位互差120 120º º电角 度的单相正弦量称为对称三相交流电对称三相交流电。 对称三相交流电压用相量可表示为： 由对称三相电压的波形图和相量图可看出： 对称三相交流电在相位上的先后顺序称为相序相序。我们把相 序A A B BC C称为正序 正序或顺序；把C C B BA A称为负序负序或逆序 。电力系统中通常采用正序。 7.1 7.1 三相交流电的基本概念三相交流电的基本概念 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 想想想想练练练练 对称三相电源已知，（1）试写出 ； （2）写出的表达式， （3）作相量图。 解答：解答： （3） A · U C · U B · U 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 7.27.2 三相电源的连接三相电源的连接 学习目标：学习目标：了解三相电源两种连接方式的特点，熟悉两种 连接方式下线、相电压的关系及三相四线制。 7.2.1 三相电源的Y形连接 X Z Y N N B B C C A A 其中由电源绕组尾端公共 连接点引出的导线称为中线中线 ( (零线零线) )，由电源绕组首端引 出的导线称为相线相线( (火线火线) )。 图中电源绕组首端指向尾 端的电压称为相电压相电压(即火线 与零线之间的电压)。 图中火线与火线之间的电 压称为线电压线电压。 电源绕组按上述方式联接，构成的供电体系称为三相四线三相四线 制制。三相四线制供电方式显然可以向负载提供两种电压三相四线制供电方式显然可以向负载提供两种电压。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 X Z Y N N B B C C A A 从连接图可知，电源作Y型三 相四线制供电时，可向负载提供 火线与零线之间的相电压相电压和火线 与火线之间的线电压线电压。 -UB UAB UC- UBC UA - UCA 问题：问题： 三个电源相电压总是对称的，而三 个线电压与相电压之间的关系为： 显然三个线电压也是对称对称的。 相电压和线电压 之间的关系如何 ？ 7.27.2 三相电源的连接三相电源的连接 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 线电压和相电压之间的关系 -UB UAB UC- UBC UA- UC A 由相量图可以定量地分析出相、 线电压之间的关系为： 显然，线电压在数量上是相电压的1.732倍； 在相位上超前与其相对应的相电压30°电角。 线电压与相电压的通用关系表达式线电压与相电压的通用关系表达式 工农业生产和日常生活中，多数用户使用的电压等级通 常是： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 7.2.2 三相电源的形连接 三相电源绕组首尾相连组成 闭环，在三个连接点处向外引 出三根火线，即构成连接。 显然，电源绕组接时总有： 线电压等于相电压！线电压等于相电压！ 即：只能向负载提供一种电压只能向负载提供一种电压。 实际电源连成接时，由于三相电源绕组的感应电压对 称，所以电源回路内部无电流，但若有一相接反时，就会一相接反时，就会 在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电源绕组在电源回路内造成很大的环流从而烧坏电源绕组。因此， 实际三相电源绕组作接时，为确保无误，一般要先把3个 电源绕组留一个开口，开口处连接一个阻抗极大的电压表 表，当电压表读数为零时说明连接无误，这时才能将开口 合拢。 X Z Y B B C C A A A B C 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 数量上数量上线电压是相电压 的1.7321.732倍；倍；在相位上相位上线电 压超前超前与其相对应的相电 压3030° °电角。 验电笔的正确握法如下图示： 你能说出对称 三相交流电的 特征吗？ 你会做吗？你会做吗？ 三相四线制供电体制 中，你能说出线、相 电压之间的数量关系 及相位关系吗？ 如何用验电笔或400V以上 的交流电压表测出三相四线制 供电线路上的火线和零线？ 电笔头与被测导线 接触时，使氖管发发 光的是火线光的是火线（或端 线），不发光的是 零线零线。 三个最大值相等、角最大值相等、角 频率相同、相位上互差频率相同、相位上互差 120120° °电角的单相正弦交 流电的组合。 利用线电压和相电压的数量关系，用电压表 连测三次即可确定其火线和零线。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 学习目标：学习目标：了解对称和不对称三相负载的概念，掌握两种连 接方式下电路分析的特点，理解两种连接方式下线、相电压、 线相电流的关系及中线的作用。 7.3.1 三相负载的Y形连接 N N' ' ZA ZBZC ZL N N B BC C A A A A' ' B B' ' C C' ' ZL ZL ZL 对称三相 电源绕组 的相电压相电压 Y Y接三相接三相 负载阻抗负载阻抗 输电线输电线 阻抗阻抗 负载端负载端 线电压线电压 负载端负载端 相电压相电压 线电流线电流 若电路中ZL=0时，则UA=UA'，中线电压UNN'=0。 ··· 7.3 7.3 三相负载的连接三相负载的连接 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称Y接电路的分析 对称三相负载的概念： Z Z Z A B C N N' ZL ZN ZL ZL 电源相电压相电压 火线上通过的电流 称为线电流线电流 负载中通过的电流 称为相电流相电流 中线电流中线电流 Y Y接电路特点：接电路特点：相电流等于线电流！相电流等于线电流！ 中线电流中线电流 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称Y接电路的分析 如果三相电路输电线上阻抗不能忽略时，存在中点电压 uN'N，根据弥尔曼定理可得其相量计算式为： 此时各相负载中通过的电流： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 当三相电路对称时，上式中的分子为零，就有： 即三相电路对称时中点电压为零中点电压为零。 对称Y接电路的分析 对称时各相负载中通过的电流： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称Y接电路的分析 三相对称时的中线电流： 从电流的观点来看，对称时中线为零相当于开路。因此， 在对称三相电路中，中线的有、无对电路无影响。中线的有、无对电路无影响。 应用举例应用举例 电源线电压为380V，对称负载Y接，Z=3+j4， 设 根据对称关系： 求： 各相负载中的电流及中线电流。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 应用举例应用举例 有根据对称关系对称关系可得： 此例告诉我们，对称三相电路的计算可归结 为一相电路来计算，其它两相则可根据对称关 系直接写出。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称三相Y接电路计算原则 1、由于三相电路对称，因此各相负载的端电压和电流 也是 对称的，三相电路的计算可归结为一相进行； 2、根据电路给定条件确定参考相量，一般选A相电压； 3、应用单相电路的分析方法求出A相电路的待求量； 4、根据对称关系写出其它两相的待求量； 5、在一相电路计算中，中线阻抗不起作用，N和N'之间等 电位，用一根短接线连接。 Z A N N' ZL · UA A' · UN'N=0 参看课本103页例7.1 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 Y形不对称三相电路的分析 (1)无中线情况 若三相电路不对称，作Y形连接且又无中线时，电路如下 图所示： 由相量图分析可知，三相负载不对称时且无中线时，中点 电压不再为零，这一现象称为中点偏移中点偏移。中点发生偏移时， 各相负载端电压严重不对称！严重不对称！ · UA · UN'N N N'· UA' · UB' · UC' · UN'N 有UA'=UAUN'N · · · 同理可得UB'和UC' · · A NN' ZA · UA B ZB · UB C ZC · UC · UA' · UB' · UC' 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 应用举例应用举例 图示电路为不对称三相负载Y接，试分析(1)当ZN=0； (2)ZN=3+j4 ；(3)ZN=时的线电流情况。 N N' ' 3+j2 N N B BC C A A ZN 4+j4 2+j (1)当ZN=0且ZL=0时： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 应用举例应用举例 此时负载电流虽然不对称，但各相独立，互不影响！此时负载电流虽然不对称，但各相独立，互不影响！ 由于ZN=0，所以 (2)当ZN=3+j4时，中点电压不等于零时： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 应用举例应用举例 这种情况下，负载端电压，负载中通过的电流均不这种情况下，负载端电压，负载中通过的电流均不 对称，互相牵制、相互影响！对称，互相牵制、相互影响！ 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 (3)当ZN=时，中线开路，IN=0时： 这种情况下，负载中性点偏移，各相电压不再对称，负载这种情况下，负载中性点偏移，各相电压不再对称，负载 中通过的电流也不对称，互相牵制、相互影响！中通过的电流也不对称，互相牵制、相互影响！ 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 Y接不对称电路的特点 电源对称而负载不对称的三相四线制系统的特点电源对称而负载不对称的三相四线制系统的特点 2、ZN0时，必然存在中点电压，各相端电压不平衡。 3、无中线当ZN=时，负载中点发生较大偏移，造成各相 负载端电压严重不平衡，且各相牵制，彼此影响。 显然，三相电路不对称且又无中线时，中点电压不再为 零。若中点电压较大时，将造成有的负载相电压过低不能 正常工作；有的负载相电压过高使电器有烧损的可能，即 此时各相负载由于端电压不平衡均不能正常工作。 1、ZN=0：负载电流不对称，但各相独立，互不影响。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 三相不对称电路实例分析 正确接法正确接法: :每组灯相互 并联,然后分别接至各相 电压上。设电源电压为 ： 当有中线时，每组灯的数量可以相等也可以不等， 但每盏灯上都可得到额定的工作电压得到额定的工作电压220V220V。 A A . . . 一组 二组 三组 C C B B N N 若三相不对称， 能否去掉中线？ 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 无中线且一相开路时的情况分析 如果中线断开，设A相灯 负载又全部断开，此时B、C 两相构成串联，串联负载端电端电 压为电源线电压压为电源线电压380V380V。 若B、C相对称，各相端 电压为190V，均低于额定值 220V而不能正常工作；若B、 C相不对称，则负载大的一相负载大的一相 分压少分压少而不能正常发光，负载负载 小的一相分压多小的一相分压多则易烧损。 A . . . A相 B C N B相 C相 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 A . . . A相 B C N B相 C相 显然，三相四线制Y接电路中，中线不允许断开！中线不允许断开！ 如果中线断开，设又 发生A相短路，此时B、C 相都会与短接线构成通路 ，两相端电压均为线电压 380V，因此B B、C C相由于相由于 超过额定值而烧损超过额定值而烧损。 由此可得，中线的作用中线的作用 是使Y接不对称三相负载 的端电压保持对称。 无中线且一相短路时的情况分析 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 关于中线关于中线( (零线零线) )的有关结论的有关结论 由上例分析可得：负载不对称且又无中线时，负载上将 得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的 达不到额定电压，各相负载均不能正常工作。对于照明电路 这类三相不对称电路而言：实际应用中各相负载不能保证完实际应用中各相负载不能保证完 全对称，所以必须采用三相四线制供电，而且必须保证中线全对称，所以必须采用三相四线制供电，而且必须保证中线( ( 零线零线) )可靠。可靠。 前面分析可知，中线的作用在于：使星形连接星形连接的不对称不对称 三相负载三相负载得到相等的相电压相等的相电压。 因此，为确保中线(零线)在运行中安全可靠不断开，中线 上不允许接保险丝和开关！不允许接保险丝和开关！ 参看课本105页例7.3题。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 7.3.2 三相负载的形连接 图示为电源 “Y”接，负载为形连接的对称三相电路。 线电流线电流 A N ZL · UA B ZL · UB C ZL · UC A' B' C' Z Z Z 相电流相电流 由于三相电路对称，所以三个相电流和三个线电流必然 都是对称的。设: 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对A'、B'、C'三个结点分别列写KCL方程可得： A N ZL · UA B ZL · UB C ZL · UC A' B' C' Z Z Z -IBC IA ICA- IB IAB- IC 由相量图分析可得：三相线三相线 电流也是对称的，在数量上是电流也是对称的，在数量上是 对应相电流的对应相电流的1.7321.732倍，在相位倍，在相位 上滞后对应相电流上滞后对应相电流3030° °电角电角。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称接电路的分析 对称三相接电路也用三相归结为一相的方法，应首先把 接负载变换成Y接负载后才能进行。 A N ZL · UA B ZL · UB C ZL · UC A' B' C' ZY ZY ZY 图中：图中： 对称三相负载接时，只要将负载 等效为Y接，其分析计算方法就可以 依据前面所述进行。参看例7.4。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 7.4 7.4 三相电路的功率三相电路的功率 负载对称对称时： 三相总有功功率： 星形接法时： 又有 和接法有 无关系？ 三角形接法时： 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 对称三相电路的功率 注意有功功率的单位是瓦瓦 特特WW；无功功率的单位是 乏尔乏尔 varvar; ;视在功率的单位是 伏安伏安VAVA 。 三相电路不对称时，三相电路的功率： 对称三相电路的瞬时功率是一个常量，即： 显然三相不对称时，各相各相 功率应单独计算然后进行叠功率应单独计算然后进行叠 加加。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 三相电路应注意的事项三相电路应注意的事项 1、三相电源一般都是对称的，而且大多采用三相四线制 供电方式。 2、三相负载有星形和三角形两种连接方式。其中Y形连接 且负载对称时： 形连接负载对称时： 3、负载不对称时，各相电压、电流应单独计算。 4、三相电路的计算特别要注意相位问题注意相位问题。 5、求电表读数时，可只算有效值，不算相位。 6、三相三线制电路无论对称与否，其总有功功率均可采用 二瓦计法进行测量。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 二瓦计法测三相电路功率 如何用两个瓦 特表测三相电 路的功率？ 测量方法如图示: 在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数无意义！在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数无意义！在 三相四线制供电体系中，除对称运行外，不能用二瓦计法测 量三相功率，应用三瓦计法测量。参看P108页例7.6 W1 W2 A B C M 3 其中其中: : 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录 应用举例应用举例 已知三相电源线电压为380V，电阻丝每根220V、2KW。 设计一个12KW的三相电阻炉应如何接线？线电流多大？ 第1方案: 单相，并联 P=2kW6=12kW 第2方案：三相，Y形 P=2kW6=12kW A 220V N A N B C 显然此种方法显然此种方法电流太大易电流太大易 造成电网负载不平衡！造成电网负载不平衡！ 相比而言，此种方法相比而言，此种方法电电 流较小比较适应。流较小比较适应。 电路分析基础电路分析基础 返节目录返节目录返节目录返节目录