03第三章 三相电力系统

讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌1第第33章章三三相相电电力力系系统统教学目的：1）理解三相电源，线电压和相电压，线电流和相电流。（2）掌握三相电压、电流和功率的计算，中线的作用，负载Y连接和连接的三相电路。（3）了解三相电路的功率。教学方式：讲授、讨论、仿真演示教学时数：4重点：三相电压、电流和功率的计算，中线的作用，负载Y连接和连接的三相电路。难点：三相电源，线电压和相电压，线电流和相电流。教学内容：电力系统：由各种电压的电力线路将发电厂、变电所和电力用户连接起来的一个发电、输电、变电和用电的整体。主要采用三相交流电的形式。3—1三相电源一、三相电动势的产生三相电网的电动势是由三相发电机产生的。发电机主要由固定的定子和转动的转子两部分组成。定子铁心由硅钢片叠压而成，内圆表面有凹槽，槽内安放的线圈称为绕组。三相发电机有三组独立的绕组，总称为三相绕组。每相绕组的首端用U1、Vl、wl表示，末端用U2、V2、W2表示。各绕组的首端与首端之间以及末端与末端之间都是相隔120o安放。各相绕组的匝数和形状都相同。发电机的转子是由内燃机、汽轮机等驱动的磁极，磁极铁心上装有励磁绕组,通以直流电。采用适当的磁极极面形状，可使定子与转子之间气隙中的磁通密度呈正弦形状分布。当转子以恒定转速旋转时，定子绕组中感应出来的就是正弦电动势。设三个绕组中正弦电动势的瞬时值为e1、e2和e3，有效值为E1、E2和E3，最大值为E1m、E2m和E3m，三个电动势的有效值或最大值、频率相等（f=np/60n为转子的旋转速度，单位为r／min，p为磁极的对数）,即三相对称电动势。三个电动势到达正或负的最大值的先后顺序称为三相交流电的相序。(1—2—3为顺相序、1—3—2的相序则称为逆相序。三相电动势一般指顺相序。)表达式为：讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌2二、三相电源的星形联结三相发电机或三相变压器的三个独立绕组都可各自接上负载成为三个独立的单相（3*2根导线）电路。在三相制的电力系统中，电源的三个绕组是按星形(Y形)和三角形(△形)两种方式连接起来向负载供电的。在星形联结中，三相绕组的三个末端U2、V2、W2连接在一起，成为一个公共点，称为中性点。从中性点引出的导线，称为中性线（N）。低压系统的中性点通常接地．故中性点又称零点，中性线又称零线或地线。三个首端U1、V1、W1引出的导线称为相线或端线L1、L2、L3。相线对地有电位差，能使验电笔发光，故常称为火线。三根相线和一根中性线都引出的供电方式称为三相四线制供电，中性线不引出的方式称为三相三线制供电。相线与中性线之间的电压称为相电压（U1、U2、U3）。相线与相线之间的电压称为线电压（U12、U23、U31）相电压和线电压的参考方向如图所示。讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌3得得或在相位关系上，各线电压分别导前于相应的相电压30o。Ul=3Up我国低压供电线路的标准电压为相电压220V，故线电压等于380V。3—2三相负载的星形联结三相负载可以根据对电压的要求联结成星形或三角形。星形联结:负载承受的电压就是电源的相电压，而且每相负载与电源构成一个单独回路,各相电流的计算方法和单相电路一样，即讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌4相量图法：三相负载对称时：三相四线取消中性线后便成为三相三线制。在任一瞬间电流总是沿着一根或两根相线流经负载，然后再沿着其余导线返回电源。照明电路不能保证三相负载对称，故必需设置中性线，而且要保证中性线的可靠性。在供电线路的干线上，中性线不设熔断器和开关。三相三线制的星形联结只能在三相负载确保对称时采用。否则各相负载上的电压有的相偏高，有的相偏低，使负载损坏或不能正常工作。中性线的作用是保证星形联结负载的相电压等于电源的相电压。【例3一l】在三相四线制的供电线路中，已知电压为380／220V，三相负载都是自炽灯，其中Ll相电阻R1为llΩ，L2相电阻R2为22Ω，L3相电阻R3为44Ω，求各线电流，并作相量图。讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌5【例3—2】上题中，若L3相灯不开。(1)求各线的电流，画相量图；(2)若此时中性线同时断开，求Ll相和L2相灯泡上的电压。【解】(1)图中若L3相灯不开，即R3为∞，故，I3=0，L1相和L2相不受影响，电流不变。中性线电流为(2)若L3相灯不开，同时中性线也断开，则电路如图所示。可求得Ll相和L2棚灯泡的电压为可见，当中性线断开时各相负载的电压不再等于电源的相电压。【例3—3】在图3一18中。已知R1=R2=XC=l00Ω，电源电压为380／220V。求各相负载的电压。【解】本题没有中性线，所以是一个复杂的交流电路，可以用支路电流法或结点电压法求解。讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌6根据支路电流法列出方程组得N2与N1之间的电压为本电路可用来作为相序指示器。电阻R1和R2可各用两个额定电压都是220V而功率相同的白炽灯串联后代替。此时电容器所接的若认为是L3相，则可知灯泡较亮的是L1相，灯泡不亮的是L2相。3—3三相负载的三角形联结讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌7三角形联结的特点是每相负载所承受的电压等于电源的线电压。由于各相负载的电压是固定的，故各相负载的工作情况不会相互影响，各相的电流可以按单相电路的方法进行计算。若是这样的单相负载较多时，就要分别接在各相线之间，使电网的三相负载比较均衡。三角形接法的负载不需要中性线，可由三相三线制供电。各相电压(就是线电压)和相电流的参考方向可按电源的正相序依次设定。得相电流为：线电流为：如果是三相对称负载，相电流和线电流一定也是对称的，I12=I23=I31=IP、I1=I2=I3=IL它们的绝对值相等，在相位上互差120。从相量图可以看出，三相对称三角形负载的线电流与相应的相电流的相位滞后30o，在数值上线电流为相电流3倍，即IL=3IP讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌8【例3—4】在图中，已知Z12、Z23和Z31均为16+j12Ω，电源电压为380V。求各电流表的读数。【解】本题为三角形接法的对称负载，各相阻抗均为所以各电流表的读数都是32.9A。【例3—5】上题中，若Z23改为8+j6Ω，其余条件不变。求各电流表的读数。因此，电流表A1的读数(I1)为32.9A，电流表A2和A3的读数(I2和I3)都为50.3A。3—4三相电路的功率总的有功功率等于各相有功功率之和，即讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌9若三相负载对称则有:总功率无功功率视在功率即【例3—6】在相电压为220V的三相四线制电源上，星形联结的负载每相阻抗都是20Ω。但是L1相为电阻性；L2相为电感性，功率因数为0.87；L3相为电容性，功率因数也是0.87。求三相负载的总功率。【解】由于各相阻抗的绝对值相等，故各相电流的绝对值也相等，即I1=I2=I3=220/20A=11A【例3—7】在图3—25中，星形联结和三角形联结负载的每相阻抗都为4+j3Ω，电源的线电压为380V。分别计算两种接法三相负载的总功率。【解】每相负载阻抗的绝对值为每相负载的功率因数为讲义：《电工学》（少学时）张南主编，第2章正弦交流电路。信息学院李进昌10对于星形负载，有对于三角形负载，有由于三角形负载的每相电压是星形负载每相电压的3倍，当电源的线电压相同时，三角形负载的功率是星形负载的3倍。课后作业：