第第5章章 三相电路三相电路5.15.1 三相电压三相电压三相电压三相电压5.25.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路5.35.3 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路5.45.4 三相功率三相功率三相功率三相功率第第5章章 三相电路三相电路本章要求：本章要求：本章要求：本章要求： 1. 1. 搞清对称三相负载搞清对称三相负载搞清对称三相负载搞清对称三相负载Y Y和和和和联结时联结时联结时联结时相相相相线线线线电压电压电压电压、相相相相线线线线 电流电流电流电流关系关系关系关系; ; 2. 2. 掌握掌握掌握掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正三相四线制供电系统中单相及三相负载的正三相四线制供电系统中单相及三相负载的正三相四线制供电系统中单相及三相负载的正 确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用确联接方法，理解中线的作用; ; 3. 3. 掌握掌握掌握掌握对称对称对称对称三相电路三相电路三相电路三相电路电压电压电压电压、电流电流电流电流及及及及功率功率功率功率的计算。的计算。的计算。的计算。 WW1 1U U2 2V V1 1U U1 1V V2 2SN+_ _+WW2 2三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图5.1 三相电压三相电压1. 三相电压的产生三相电压的产生工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电+_eeU1U2 三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图三相绕组示意图 每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组每相电枢绕组定子定子转子转子( (尾端尾端尾端尾端) )+e1e2e3U U1 1( (首端首端首端首端) )+ U U2 2V V2 2V V1 1WW1 1WW2 2下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式相量表示相量表示相量表示相量表示铁心铁心(作为导磁路径作为导磁路径)三相绕组三相绕组匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差120 :直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁转子转子定子定子发电机结构发电机结构下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出相量图相量图相量图相量图波形图波形图波形图波形图相量表示相量表示相量表示相量表示三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式三相电压瞬时表示式下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出对称三相电压的瞬时值之和为对称三相电压的瞬时值之和为 0，即，即 三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值三相交流电压出现正幅值( (或相应零值或相应零值或相应零值或相应零值) )的顺序的顺序的顺序的顺序称为相序。称为相序。称为相序。称为相序。最大值相等最大值相等最大值相等最大值相等频率相同频率相同频率相同频率相同相位互差相位互差相位互差相位互差120120 因此称为因此称为对称三相电源对称三相电源对称三相电源对称三相电源三个正弦交流电压满足以下特征三个正弦交流电压满足以下特征供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 U U1 1 V V1 1 WW1 1 。N L2 L3L1NU1V1W12. 三相电源的星形联结三相电源的星形联结(1) 联接方式联接方式中性线中性线中性线中性线( (零线、地线零线、地线零线、地线零线、地线) )中性点中性点端线端线端线端线( (相线、火线相线、火线相线、火线相线、火线) )在低压系统在低压系统在低压系统在低压系统, ,中中中中性点通常接地，性点通常接地，性点通常接地，性点通常接地，所以也称地线。所以也称地线。所以也称地线。所以也称地线。相电压相电压相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压线电压线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压 Up Ul+(2)(2)线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系根据根据根据根据KVLKVL定律定律定律定律由相量图可得由相量图可得相量图相量图相量图相量图 30L1NL2L3+同理同理3. 三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结+L2L1L35.2 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路三相负载三相负载三相负载三相负载不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载：不对称三相负载： 不满足不满足不满足不满足 Z Z1 1 = =Z Z2 2 = = Z Z3 3 如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：对称三相负载：对称三相负载：对称三相负载：Z Z1 1= =Z Z2 2= = Z Z3 3 如如如如三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机1. 三相负载三相负载分类分类分类分类单相负载：单相负载：单相负载：单相负载：只需一相电源供电只需一相电源供电只需一相电源供电只需一相电源供电 照明负载、家用电器照明负载、家用电器照明负载、家用电器照明负载、家用电器负载负载负载负载三相负载：三相负载：三相负载：三相负载：需三相电源同时供电需三相电源同时供电需三相电源同时供电需三相电源同时供电 三相电动机等三相电动机等三相电动机等三相电动机等三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接三相负载的联接 三相负载也有三相负载也有三相负载也有三相负载也有 Y Y和和和和 两种接法，至于采用哪种方两种接法，至于采用哪种方两种接法，至于采用哪种方两种接法，至于采用哪种方法法法法 ，要根据负载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则三相负载连接原则 (1) (1) 电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压电源提供的电压= =负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压；负载的额定电压； (2) (2) 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L L1 1L L2 2电源电源电源电源L3保险丝保险丝保险丝保险丝三相四线制三相四线制380/220伏伏N N 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载+N NN N+Z1Z2Z3 2. 负载星形联结的三相电路负载星形联结的三相电路线电流：线电流：线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流：相电流：相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流结论：结论：结论：结论： 负载负载负载负载 Y Y联联联联结时，线电结时，线电结时，线电结时，线电流等于相电流等于相电流等于相电流等于相电流。流。流。流。Y: Y: 三相三线制三相三线制三相三线制三相三线制Y Y0 0：三相四线制：三相四线制：三相四线制：三相四线制(1) (1) 联结形式联结形式联结形式联结形式N 电源中性点电源中性点N负载中性点负载中性点(2) (2) 负载负载负载负载Y Y联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算1)1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压2)2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压3)3)线电流相电流线电流相电流线电流相电流线电流相电流Y 联结时：联结时：4)4)中线电流中线电流中线电流中线电流负载负载负载负载 Y Y 联结带中性线时联结带中性线时联结带中性线时联结带中性线时, , 可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算+N NN N+Z1Z2Z3+N NN N+Z1Z2Z3负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流,可省掉中性线。可省掉中性线。(3)(3)对称负载对称负载对称负载对称负载Y Y 联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算联结三相电路的计算所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。 负载对称时，负载对称时，只需计算一相电只需计算一相电流，其它两相电流，其它两相电流可根据对称性流可根据对称性直接写出。直接写出。例例1 1：灯组，灯组，若若R1=R2= R3 = 5 ，求线电流及中性线电流，求线电流及中性线电流IN ; 若若R1=5 , R2=10 , R3=20 ,求线电流及中求线电流及中性性 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压源线电压 。负载为电。负载为电线电流线电流 IN 。N+N R1R2R3L1L2L3中性线电流中性线电流解：解： 已知：已知：(1) 线电流线电流 三相对称三相对称N+N R1R2R3L1L2L3(2) 三相负载不对称三相负载不对称（R1=5 、R2=10 、R3=20 ） 分别计算各线电流分别计算各线电流中性线电流中性线电流例例例例2 2：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析：照明系统故障分析解解: (1) A1) A相短路相短路相短路相短路1) 中性线未断中性线未断 此时此时此时此时 L1 相短路电流相短路电流相短路电流相短路电流很大很大很大很大, , 将将将将L1相熔断丝熔相熔断丝熔相熔断丝熔相熔断丝熔断断断断, , 而而而而 L2 相和相和相和相和 L3 相未相未相未相未受影响，其相电压仍为受影响，其相电压仍为受影响，其相电压仍为受影响，其相电压仍为220V, 220V, 正常工作。正常工作。正常工作。正常工作。 在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况在上例中，试分析下列情况 (1) (1) L1相短路相短路相短路相短路: : 中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。 (2) (2) L1相断路相断路相断路相断路: : 中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压；中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。中性线断开时，求各相负载电压。 R1R3R2L1L2NL3N L L1 1L L2 2N NL L3 3N Ni i1 1i i3i i2 2+ 此情况下，此情况下，此情况下，此情况下，L2相和相和相和相和L3相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压所加的电压都超过额定电压(220V) (220V) ，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。，这是不允许的。 2) 2) L1相短路相短路相短路相短路, , 中性线断开时中性线断开时中性线断开时中性线断开时, , 此时负载中性点此时负载中性点N N 即为即为即为即为L1, , 因此负载各因此负载各因此负载各因此负载各相电压为相电压为相电压为相电压为 (2) (2) L1相断路相断路相断路相断路 2) 2) 中性线断开中性线断开中性线断开中性线断开 L2 、 L3相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压, 正常工作。正常工作。1) 1) 中性线未断中性线未断中性线未断中性线未断变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，变为单相电路，如图如图如图如图(b)(b)所示所示所示所示, , 由图可求得由图可求得由图可求得由图可求得iL2L3u u 2 2u u 3 3+(b)(b) R1R3R2L1L2NL3N 结论结论 （1 1）不对称负载）不对称负载）不对称负载）不对称负载Y Y联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2 2） 中线的作用：中线的作用：中线的作用：中线的作用：保证星形联结三相保证星形联结三相保证星形联结三相保证星形联结三相不对称不对称不对称不对称负载的负载的负载的负载的相电压对称相电压对称相电压对称相电压对称。 （3 3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。闸开关。闸开关。闸开关。 1. 联结形式联结形式5.3 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路线电流线电流线电流线电流: : 流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流流过端线的电流相电流相电流相电流相电流: : 流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流流过每相负载的电流 、 、L1+L2L3i1i2i3Z31Z12Z23线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流线电流不等于相电流(2) 相电流相电流(1) 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即: UP = Ul 一般电源线电压对称，一般电源线电压对称，一般电源线电压对称，一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，因此不论负载是否对称，因此不论负载是否对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称负载相电压始终对称负载相电压始终对称负载相电压始终对称, , 即即2. 分析计算分析计算相电流：相电流：线电流：线电流： U U1212= =U U2323= =U U3131= =U Ul l= =U UP PL1+i1i2i3Z31Z12Z23L2L3相量图相量图2312313130负载对称时负载对称时, 相电流对称相电流对称相电流对称相电流对称，即，即，即，即23(3) 线电流线电流由相量图可求得由相量图可求得为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即为此线电流也对称，即 。 线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流线电流比相应的相电流滞后滞后滞后滞后3030 。231231结论：对称三相电路负载电流、电压关系2） 形连接1）Y形连接三相负载的联接原则三相负载的联接原则负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压应作应作 联结联结负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压应作应作 Y 联结联结 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。电源的联接方式无关。电源的联接方式无关。电源的联接方式无关。 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形角形，而照明负载一般都联结成星形(具有中性线具有中性线)。5.4 三相功率三相功率无论负载为无论负载为无论负载为无论负载为 Y Y 或或或或联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为联结，每相有功功率都应为 P Pp p= = U Up p I Ip p coscos p p对称负载对称负载 联结时：联结时： 同理同理对称负载对称负载Y联结时：联结时：相电压与相相电压与相电流的相位差电流的相位差当负载对称时：当负载对称时：P = 3Up Ipcos p所以所以电力系统电力系统电力传输过程：电力传输过程：电力网额定电压等级为电力网额定电压等级为: 3 kV、6 kV、10 kV、110 kV、220 kV、330 kV、500 kV回顾：回顾： 三相电源三相电源分两部分分两部分:1. 静止部分静止部分:定子定子 2. 转动部分转动部分:转子转子三相交流电的产生三相交流电的产生( (同步发电机同步发电机):): 三相电源三相电源: :产生对称产生对称 的三相电动势的电源。的三相电动势的电源。WW1 1U U2 2V V1 1U U1 1V V2 2SN+_ _+WW2 2 图图图图5.1.1 5.1.1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电定子定子转子转子表达式表达式: : u1 = Emsint u2 = Emsin(t 120o) u3 = Emsin(t +120o)(a) 波形图波形图uu1u2u3tO(b) 相量图相量图相量表示法相量表示法: : U3 = Em 1200 U2 = Em 1200U1 = Em 00U1 U2 1200U3 12001200 相序：相序：三相电动势由超三相电动势由超 前相到滞后相的顺序。前相到滞后相的顺序。 ( (一一) )三相电源的星形联结三相电源的星形联结三相四线制三相四线制: L1 、L2 、L3 加加 N 三相三线制三相三线制: :L1 、L2 、L3 无无 N 相电压相电压: U1 、U2 、U3线电压线电压: U12 、U23 、 U31+U1_ _U2+ _U3+ + U12_+ U23_ _U31+E1_+_E2E3+_L1NL2L3N可提供两种电压可提供两种电压: :三相电源的星形联结三相电源的星形联结( (二二) )三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结注意：注意：这种接法只有三相三线制。这种接法只有三相三线制。L1L2L3132 +U12=U1 _ +U23=U2 _ _ U12=U1 + IL1 IL2 IL3 I1 I2 I3 三相电源的星形联结三相电源的星形联结结论：对称三相电路负载电流、电压关系2） 形连接1）Y形连接有功功率有功功率无功功率无功功率视在功率视在功率说明说明任意任意负载负载P = P1+ P2+ P3Q = Q1+ Q2+ Q3S = S1+S2+S3对称对称负载负载P = 3P1 = 3Up Ip cos =3 Ul Il cos Q = 3Q1 = 3Up Ip sin =3Ul Il cos S = 3S1 = 3Up Ip =3 Ul Il相值相值线值线值三相电路的功率三相电路的功率 有一三相电动机有一三相电动机, 每相的等效电阻每相的等效电阻R = 29 , 等效等效 感抗感抗XL=21.8 , 试求下列两种情况下电动机的试求下列两种情况下电动机的相电流相电流、 线电流线电流以及从以及从电源输入的功率电源输入的功率，并比较所得的结果：，并比较所得的结果： (1)电动机绕组联成星形接于电动机绕组联成星形接于Ul =380 V的三相电源上的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于Ul =220 V的三相电源上。的三相电源上。例例1:解解: (1)(2) 比较比较(1), (2)的结果的结果: 有的电动机有两种额定电压有的电动机有两种额定电压, 如如220/380 V。当电源电压为当电源电压为380 V时时, 电动机的绕组应联结成电动机的绕组应联结成星形星形；当电源电压为当电源电压为220 V时时, 电动机的绕组应联结成电动机的绕组应联结成三角形三角形。在三角形和星形两种联结法中在三角形和星形两种联结法中, 相电压、相电流相电压、相电流以及功率都未改变以及功率都未改变，仅，仅三角形联结情况下的线电流三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大比星形联结情况下的线电流增大 倍倍。例例2:(1)各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流各电阻负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。两相可依据对称性写出。L1L2L3 线电压线电压Ul为为380 V的三相电源上，接有两组对称的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗阻抗 ; 另一组是星形联结的电阻性另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻负载，每相电阻R =10 , 如图所示。试求：如图所示。试求：(1)各组负载的相电流；各组负载的相电流；(2)(2) 电路线电流；电路线电流；(3)(3) 三相有功功率。三相有功功率。设设解：解：负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为负载三角形联解时，其相电流为(2) (2) 电路线电流电路线电流电路线电流电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示(3) (3) 三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o 三相对称负载作三角形联结，三相对称负载作三角形联结，Ul =220V，当，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率，三相功率 P = 4.5 kW，试求，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗；每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、合、S2断开时断开时, 各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P 。 例例3：AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2或：或：P =I 2R P =UIcos tg =XL / R 解：解：(1) 由已知条件可求得由已知条件可求得AZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2(2) S1闭合、闭合、S2断开时断开时 I1 = I3 = 10A I2 =17.32 A 流过电流表流过电流表 L L1 1 、 L L3 3的电流变为相电流的电流变为相电流 IP，流过电流表流过电流表L L2 2 的电流仍的电流仍为线电流为线电流Il 。因为开关因为开关S均闭合时均闭合时 每相有功功率每相有功功率 P =P总总/3=1.5 kW 当当 S1合、合、S2断时，断时，Z12、Z23 的相电压和相电流不的相电压和相电流不变，则变，则P12、P23不变。不变。P = P12+P23 = 3 kWAZ Z3131AAS S1 1S2Z12Z23L L3 3L L1 1L L2 2