电路分析基础(邱关源-罗先觉-著)-第十二章

第12章三相电路三相电路12.1线电压(电流)与相电压(电流)的关系12.2对称三相电路的计算12.3不对称三相电路的概念12.4三相电路的功率12.5首页本章内容重点1.三相电路的基本概念2.对称三相电路的分析3.不对称三相电路的概念4.三相电路的功率返回三相电路由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。①发电方面：比单项电源可提高功率50％；②输电方面：比单项输电节省钢材25％；12.1三相电路三相电路的优点下页上页配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接入负载；返回三相电路的特殊性（1）特殊的电源（2）特殊的负载（3）特殊的连接（4）特殊的求解方式以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用，是目前电力系统采用的主要供电方式。研究三相电路要注意其特殊性。下页上页返回1.对称三相电源的产生通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120°，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。三相同步发电机示意图对称三相电源是指三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电源。NSººIAZBXCY下页上页返回下页上页返回①瞬时值表达式②波形图A、B、C三端称为始端，X、Y、Z三端称为末端。utuAuBuCoA+–XuAB+–YuBC+–ZuC下页上页返回③相量表示120°120°120°④对称三相电源的特点下页上页返回正序(顺序)：A—B—C—A负序(逆序)：A—C—B—AABC相序的实际意义：以后如果不加说明，一般都认为是正相序。DABC123DACB123正转反转ABC三相电源各相经过同一值(如最大值)的先后顺序。⑤对称三相电源的相序三相电机下页上页返回2.对称三相电源的联接X,Y,Z接在一起的点称为Y联接对称三相电源的中性点，用N表示。（1）星形联接(Y联接)+–ANX+–BY+–CZ+ABCN-下页上页返回（2）三角形联接(联接)三角形联接的对称三相电源没有中点。注意+–AXBYCZ+–+–X+–CYZABC下页上页返回3.三相负载及其联接(1)星形联接称三相对称负载三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分称为一相负载，三相负载也有二种联接方式。A'B'C'N'ZAZCZBA'B'C'N'ZAZCZB下页上页返回(2)三角形联接A'B'C'ZBCZCAZABA'B'C'ZBCZCAZAB称三相对称负载下页上页返回4.三相电路三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：电源YY△负载电源△Y△负载当电源和负载都对称时，称为对称三相电路。注意下页上页返回三相四线制Y△YYZZZN’+–AN+–B+–C三相三线制下页上页返回ZZZ+–A+–B+–C1.名词介绍+–ANX+–BY+–CZ+–AXBYCZ+–+–①端线(火线)：始端A,B,C三端引出线。②中线：中性点N引出线，连接无中线。12.2线电压(电流)与相电压(电流)的关系下页上页返回③相电压：每相电源的电压。④线电压：端线与端线之间的电压。+–AXBYCZ+–+–+–ANX+–BY+–CZ⑤线电流：流过端线的电流。下页上页返回A'B'C'ZBCZCAZABA'B'C'N'ZAZCZB负载的相电压：每相负载上的电压。负载的线电压：负载端线间的电压。线电流：流过端线的电流。相电流：流过每相负载的电流。''NBU+-+-下页上页返回+-①Y联接+–A+–B+–C2.相电压和线电压的关系下页上页返回利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：线电压对称(大小相等，相位互差120o)一般表示为：30o30o30o下页上页返回对Y联接的对称三相电源所谓的“对应”：对应相电压用线电压的第一个下标字母标出。(1)相电压对称，则线电压也对称(3)线电压相位领先对应相电压30o。结论下页上页返回②联接线电压等于对应的相电压①以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。注意+–AXBYCZ+–+–下页上页返回2.相电流和线电流的关系Y联接时，线电流等于相电流。ZZZN’+–N+–+–①Y联接结论下页上页返回+–+–+–ZZZ结论△联接的对称电路：(2)线电流相位滞后对应相电流30o。Z/3Z/3Z/3N’C'B'A'②联接下页上页返回13.3对称三相电路的计算对称三相电路由于电源对称、负载对称、线路对称，因而可以引入一特殊的计算方法。1.Y–Y联接(三相三线制）ZZZN’+–N+–+–下页上页返回以N点为参考点，对N’点列写结点方程：ZZZN’+–N+–+–下页上页返回负载侧相电压：因N，N’两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算。也为对称电压结论ZZZN’+–N+–+–A相计算电路+–ANN’Z下页上页返回计算电流：为对称电流①电源中点与负载中点等电位。有无中线对电路情况没有影响。②对称情况下，各相电压、电流都是对称的，可采用一相（A相）等效电路计算。其它两相的电压、电流可按对称关系直接写出。结论下页上页返回③Y形联接的对称三相负载，根据相、线电压、电流的关系得：2.Y–联接ZZZ+–A+–B+–Ccab下页上页返回cab+–+–+–ZZZabIbcIcaIZ/3Z/3Z/3N’cba下页上页返回aZ/3A相计算电路+–ANN’3.电源为联接时的对称三相电路的计算将电源用Y电源替代，保证其线电压相等。ACB+–+–+–+–A+–B+–C下页上页返回例+–BAUBCUCAU+–+–AIBICIZZZabIbcIcaIbACBZlZlZlac+–AUBUCU+–+–AIBICIZ/3Z/3bACBZlZlZlacZ/3Z/3Zla+–ANN’下页上页返回(1)将所有三相电源、负载都化为等值Y—Y接电路；(2)连接负载和电源中点，中线上若有阻抗可不计；(3)画出单相计算电路，求出一相的电压、电流：(4)根据接、Y接时线量、相量之间的关系，求出原电路的电流电压。(5)由对称性，得出其它两相的电压、电流。对称三相电路的一般计算方法:一相电路中的电压为Y接时的相电压。一相电路中的电流为线电流。小结下页上页返回例1对称三相电源线电压为380V，Z=6.4+j4.8，Zl=6.4+j4.8。求负载Z的相、线电压和电流。解画出一相计算图ZZla+–ANN’+–+–+–ZZACBZlZlZlZNN’acb下页上页返回ZZla+–ANN’下页上页返回例2对称三相电路，电源线电压为380V，|Z1|=10，cos1=0.6(感性)，Z2=–j50，ZN=1+j2。求：线电流、相电流，画出相量图(以A相为例)。解画出一相计算图+_Z1+___++NACBZ1Z2ZNN'下页上页返回根据对称性，得B、C相的线电流、相电流：+_Z1下页上页返回由此可以画出相量图：30o–18.4o下页上页返回电源不对称（不对称程度小，系统保证其对称)。电路参数(负载)不对称情况很多。电源对称，负载不对称(低压电力网)。分析方法不对称复杂交流电路分析方法。主要了解：中性点位移。12.4不对称三相电路的概念讨论对象下页上页返回负载各相电压：三相负载Za、Zb、Zc不相同。N’+–N+–+–ZNZaZbZc下页上页返回负载中点与电源中点不重合。在电源对称情况下，可以根据中点位移的情况来判断负载端不对称的程度。当中点位移较大时，会造成负载相电压严重不对称，使负载的工作状态不正常。相量图NN'中性点位移注意下页上页返回例1(1)正常情况下，三相四线制，中线阻抗约为零。每相负载的工作情况相对独立。(2)若三相三线制,设A相断路(三相不对称)灯泡电压低，灯光昏暗。ACBN'照明电路：ACBNN'下页上页返回(3)A相短路超过灯泡的额定电压，灯泡可能烧坏。计算短路电流：ACBN'短路电流是正常时电流的3倍注意下页上页返回③要消除或减少中点的位移，尽量减少中线阻抗，然而从经济的观点来看，中线不可能做得很粗，应适当调整负载，使其接近对称情况。结论①负载不对称，电源中性点和负载中性点不等位，中线中有电流，各相电压、电流不存在对称关系；②中线不装保险，并且中线较粗。(中线一旦断了，负载不能正常工作)。下页上页返回1.对称三相电路功率的计算12.5三相电路的功率Pp=UpIpcos三相总功率：P=3Pp=3UpIpcosφIUφIUPllllcos3cos313①平均功率A’B’C’ZZZ下页上页返回φIUφIUPllllcos3cos313(1)为相电压与相电流的相位差(阻抗角)，不要误以为是线电压与线电流的相位差。(2)cos为每相的功率因数，在对称三相制中有cosA=cosB=cosC=cos。(3)公式计算电源发出的功率(或负载吸收的功率)。A’B’C’ZZZ注意下页上页返回A’B’C’RRRA’B’C’RRR例1已知对称三相电路线电压Ul，问负载接成Y和各从电网获取多少功率？解结论(1)当负载由Y改接成时，功率增大3倍。(2)若负载的相电压不变，则不论怎样连接其功率不变。下页上页返回②无功功率Q=QA+QB+QC=3QpφIUφIUQllppsin3sin3③视在功率2）这里的，P、Q、S都是指三相总和。llppIUIUQPS33221）功率因数也可定义为：cos=P/S注意3）不对称时无意义下页上页返回④对称三相负载的瞬时功率φUIppppcos3CBA下页上页返回单相：瞬时功率脉动三相：瞬时功率恒定tpo3UIcosptoUIcos下页上页返回2.三相功率的测量①三表法若负载对称，则需一块表，读数乘以3。三相四线制*三相负载WABCN*****WW下页上页返回②二表法测量线路的接法是将两个功率表的电流线圈串到任意两相中，电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。（有三种接线方式）三相三线制*三相负载WABC***W注意下页上页返回若W1的读数为P1,W2的读数为P2，则三相总功率为：P=P1+P2*W1ABC***W2三相负载*W1ABC***W2三相负载*W1ABC***W2三相负载下页上页返回证明：因△负载可以变为Y，故上述结论仍成立。p=uANiA+uBNiB+uCNiCiA+iB+iC=0iC=–(iA+iB)p=(uAN–uCN)iA+(uBN–uCN)iB=uACiA+uBCiB1:uAC与iA的相位差，2是uBC与iB的相位差。设负载是Y型联接P=UACIAcos1+UBCIBcos2＝W1W2iAACBiBiCNZAZBZC注意下页上页返回1.只有在三相三线制条件下，才能用二表法，且不论负载对称与否。3.按正确极性接线时，若出现一个表指针反转即读数为负，将其电流线圈极性反接使指针指向正数，但此时读数应记为负值。2.两表读数的代数和为三相总功率，单块表的读数无意义。4.负载对称情况下，有：注意下页上页返回由相量图分析：假设负载（Y接）为感性，相电流(即线电流)落后相电压（负载阻抗角）。P=P1+P2=UACIAcos1+UBCIBcos2=UlIlcos1+UlIlcos21=–302=+30N’303012下页上页返回所以P1=UlIlcos1=UlIlcos(–30)P2=UlIlcos2=UlIlcos(+30)=0P1P2P1=P1+P260o负数(零)(感性负载)–60o负数(零)正数正数(容性负载)=90o0讨论下页上页返回求：(1)线电流和电源发出的总功率；(2)用两表法测三相负载的功率，画接线图求两表读数。解例1已知Ul=380V，Z1=30+j40，电动机P=1700W，cos=0.8(感性)。(1)DABCZ1电动机下页上页返回电动机负载：总电流：下页上页返回表W1的读数P1：(2)两表接法如图P1=UACIAcos1=3807.56cos(46.2–30)=2758.73W表W2的读数P2