第4章三相交流电路

云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-1云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材第四章三相交流电路培培训训目目标标新进员工、转岗员工、在岗员工培训：了解三相交流电的相序；三相电源及负载的三角形、星形联接方法；理解三相电源及负载的三角形、星形联接的特点；三相负载对称与不对称时三相功率的计算方法；掌握三相电源三角形、星形联结以及负载三角形、星形联接时负载对称与不对称的电路分析与计算；三相四线制的特点及中性线N的作用。课课时时要要求求新进员工（含转岗员工）培训：理论培训6课时在岗员工培训:理论培训4课时。培培训训方方式式采取集中授课、自学等方式进行培训。新员工（含转岗员工）脱产培训；在岗员工半脱产培训；自学。云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-2云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材4.1三相电源4.1.1三相对称电动势4.1.1.1三相对称电动势三相正弦交流电是由三相交流发电机产生的，图4.1.1是三相交流发电机的原理图。定子铁心的内圆周表面有冲槽，用来放置三相定子绕组。每个绕组都是相同的，它们的始端标为A、B、C，末端标为X、Y、Z。每个绕组的两边放在相应的定子铁心的槽内，三个绕组的始端之间彼此相隔120。磁极是转子，是可以转动的。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，则每相定子绕组依次切割磁力线。定子绕组中产生频率相同，幅值相等的正弦电动势Ae、Be及Ce。三个电动势的参考方向由定子绕组的末端指向始端。图4.1.1三相交流发电机的原理图假定三相发电机的初始位置如图4.1.1所示，产生的电动势幅值为mE，频率为，E是有效值。如果以A相为参考，则可得出tEesinmAV)120sin(mBtEeV(4.1.1))120sin(mCtEeV用相量可表示为：0AEEV120BEEV(4.1.2)120CEEV其对应的正弦波形和相量如图4.1.2所示。云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-3云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材图4.1.2正弦波形和相量图从图4.1.2中可看出，三相电动势的大小相等，频率相同，彼此间的相位差120，这三个电动势称为三相对称电动势。注：从相量图中很显然可得到这样的结论：三相对称电动势在任一时刻的和为零。即0CBAeee(4.1.3)或0CBAEEE(4.1.4)4.1.1.2三相交流电的相序三相交流电出现正幅值(或相应零值)的顺序称为相序。图4.1.2中三相交流电的相序为A→B→C，称为正序(或顺序)。若相序为C→B→A，则称为逆序(或反序)。提示：相序是三相交流电应用中一个值得注意的问题。本书中若无特别说明，相序均为正序。4.1.1.3三相电源的星形联接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联接。把三相定子绕组的末端连在一起，这个联接点称为中性点或零点，用N表示，如图4.1.3所示。这种联接形式称为三相电源的星形联接。从中性点引出的导线称为中性线或零线，从始端A、B、C引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。相线与中性线间的电压，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性线。云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-4云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材图4.3三相电源的星形连接AAeuBBeu(4.1.5)CCeu由于Au、Bu、Cu三个相电压的幅值相等，频率相同，彼此间的相位差也为120，因此称为三相对称电压。相电压的有效值用PU表示，即tUusin2pA)120sin(2pBtUu(4.1.6))120sin(2pCtUu相线与相线之间的电压，即任意两始端间的电压，称为线电压，显然，线电压与相电压不相等。根据KVL定律，可得到：BAABuuuCBBCuuu(4.1.7)ACCAuuu用相量表示为BAABUUUCBBCUUU(4.1.8)ACCAUUU三相电源星形联接时相量图如图4.1.4所示。从相量图中很容易得到303303303CCABBCAABUUUUUU(4.1.9)云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-5云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材图4.1.4相电压和线电压相量图由于AU、BU、CU是三相对称电压，所以，ABU、BCU、CAU也是大小相等、频率相同，彼此间相位差为120的三相对称电压。线电压的有效值可用lU表示。同理，任一时刻三个线电压的代数和仍为零。显然，P3UUl。注：三个线电压的下标不能改变，否则就不是三相对称电压。三相电源星形联接时，可引出四根导线A、B、C、N，称为三相四线制，可以给负载提供相电压和线电压两种电压。4.2三相负载的星形联接在三相四线制电路中，根据负载额定电压的大小，负载以恰当的形式联接到三相电源上。负载的联接形式有两种：星形联接和三角形联接。如图4.2.1所示，将三相负载的末端联接在一起，这个联接点用N表示，与三相电源的中性点N相联，三相负载的首端分别接到三根火线上，这种联接形式称为三相负载的星形联接，每相负载的阻抗为AZ、BZ、CZ。此时每相负载的额定电压等于电源的相电压。图4.2.1三相负载的星形联接云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-6云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材三相电路中流过火线的电流Ai、Bi、Ci称为线电流，其有效值用lI表示；流过负载的电流ai、bi、ci称为相电流，其有效值用pI表示。显然，负载的星形接法中，线电流等相电流，即AaiiBbii(4.2.1)Ccii当ZZZZCBA时，称为三相对称负载。由三相对称负载组成的三相电路称为三相对称电路，否则为三相不对称电路。4.2.1三相负载不对称的情况在三相负载不对称的情况下，对于三相电路的计算，应每相电路分别计算。以电源A相相电压为参考相量有0PAUUV，120PBUUV，120PCUUV则AAPAAPAAA0ZUZUZUIBBPBBPBBB120120ZUZUZUICCPCCPCCC120120ZUZUZUI中性线中的电流可按图4.2.1所示参考方向，根据基尔霍夫定律得到：CBANIIII4.2.2三相负载对称的情况三相负载对称，即ZZZZZCBA同样，以电源A相相电压为参考相量，0PAUUV，120PBUUV，120PCUUVZUZUZUIPPAAA0120120PPBBBZUZUZUI云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-7云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材120120PPCCCZUZUZUI可见：AI、BI、CI大小相等，频率相同，彼此间相位差等于(120)，称之为三相对称电流。此时，0CBANIIII。其电压、电流相量如图4.2.2所示。可见，负载对称时，中性线N中无电流通过，可去掉中线性，如图4.2.3所示。这就是三相三线制供电电路。在实际生产中，三相负载(如三相电动机)一般都是对称的，因此，三相三线制电路在工业生产中较常见。图4.2.2对称负载的电压、电流相量图图4.2.3三相三线制电路由于对称负载的电压和电流都是对称的，因此在负载对称的三相电路中，只需要计算一相电路即可。例4.2.1图4.2.3所示星形联接的三相负载，每相负载的电阻6R，感抗8LX。电源电压对称，设30sin2380ABtuV，试求各线电流。解：因为负载对称，只须计算一相(譬如Ａ相)即可。22033803ABAUUVAu比ABu滞后30，即：tusin2220AVA相线电流228622022AAAZUIAAi比Au滞后角，即5368arctanarctanLRX所以云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-8云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材53sin222AtiA因为电流对称，其他两相的电流则为：173sin22212053sin222BttiA67sin22212053sin222CttiA例4.2.2如图4.2.4所示，已知三相电源的线电压30380ABUV，阻抗3710AZ，3010BZ，5310CZ。(1)求各线电流和中线电流；(2)若中性线N断开，试计算各相负载两端的电压。解：(1)在负载不对称的情况下，每相负载单独计算。显然，每相负载两端的电压与对应的电源相电压相等。30380ABUV则0220AUV，120220BUV，120220CUV372237100220AAAZUIA150223010120220BBBZUIA67225310120220CCCZUIACBANIIII)672215022372225.206.81105.1924.1357.17jjj5.2918.899.312.7jA图4.2.4例4.2.2所用的图(2)当中线断开时，电路如图4.2.5所示。云南机场集团有限责任公司YUNNANAIRPORTGROUPCo.,Ltd第一部分第四章三相交流电路01-04-9云南机场集团有限责任公司昆明长水国际机场动力能源部培训教材图4.2.5中性线断开时的电路显然，每相负载两端的电压不再等于对应的电源相电压。CCN'BBN'AAN',,UUUUUU利用结点电压法计算NN的电压。CBACCBBAANN'111ZZZZUZUZUU5310130101371015310120220301012022037100220531.0301.0371.0672215022372208.006.005.0087.006.008.025.206.81105.1924.1357.15jjjjjj19.0227.099.312.7jj5.106.2740296.05.2918.8V则AZ负载的两端电压为NN'A'ANUUUVjj5.119303.59.192)5.10sin6.275.10cos6.27220(5.106.270220同理，NN'BBN'UUU5.1951.137)03.51.275.190110(5.106.27120220jjj12523955239VVNN'CCN'UUU云南机场集团有限责任公司YUNN