1、 三相交流電的基本知識三相交流電的基本知識6.1三相電源的星形連接三相電源的星形連接 6.2三相負(fù)載的連接三相負(fù)載的連接 6.3 三相電路的功率計算三相電路的功率計算 6.4 實驗：三相負(fù)載的連接實驗：三相負(fù)載的連接6.5 三相交流電由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生，右圖為三相交流發(fā)電機實物圖。三相交流發(fā)電機三相交流發(fā)電機 三相交流發(fā)電機原理示意圖如下圖所示，它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。發(fā)電機定子鐵心由內(nèi)圓開有槽口的絕緣薄硅鋼片疊制而成，槽內(nèi)嵌有三個尺寸、形狀、匝數(shù)和繞向完全相同的獨立繞組，和。它們在空間位置互差，其中，和分別是繞組的始端，和分別是繞組的末端。每個繞組稱為發(fā)電機中的一相，分別稱 為U相、

2、V相和W相。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子鐵 心上繞有勵磁繞組，通過固定在軸上 的兩個滑環(huán)引入直流電流，使轉(zhuǎn)子磁 化成磁極，建立磁場，產(chǎn)生磁通。 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在風(fēng)力，水力或者蒸汽（火力）等動力驅(qū)動下以角速度順時針勻速旋轉(zhuǎn)時，相當(dāng)于每相繞組沿逆時針方向勻速旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線運動，從而產(chǎn)生三個感應(yīng)電壓，三相電就這樣產(chǎn)生了，如下圖所示。風(fēng)力發(fā)電火力發(fā)電水利發(fā)電 由于三相繞組的結(jié)構(gòu)完全相同，在空間位置互差，并以相同角速度切割磁感線，所以轉(zhuǎn)子磁極切割磁感線運動產(chǎn)生的三個感應(yīng)電壓uU，uV，uW的最大值相等，頻率相同，而相位互差120，以uU為參考電壓，則這三個繞組的感應(yīng)電壓瞬時值表達(dá)式為 2sin2sin(120 )2si

3、n(240 )2sin(120 )UVWuUtuUtuUtUt相相相相 把這種最大值（有效值）相等、頻率相同、相位互差120的三相電壓稱為三相對稱電壓。每相電壓都可以看作是一個單獨的正弦電壓源，其參考極性規(guī)定：各繞組的始端為“+”極，末端為“一”極。如右圖所示，將發(fā)電機三相繞組按一定方式聯(lián)接后，就組成一個三相對稱電壓源，可對外供電。 按照三個繞組的感應(yīng)電壓瞬時值表達(dá)式可作出三相對稱電壓的波形圖和相量圖，如下圖所示。由圖中三相對稱電壓的波形圖可以看出：三相對稱電壓的瞬時值，在任一時刻的代數(shù)和等于零。將圖中所示相量圖中任意兩個電壓相量按平行四邊形法則合成，其相量和必與第三個電壓相量大小相等，方向相

4、反，相量和為零，即 0UVWUUU 在三相電壓源中，各相電壓到達(dá)正的或負(fù)的最大值的先后次序，稱為三相交流電的相序，如下圖所示。習(xí)慣上，選用U相電壓作參考，V相電壓滯后U相電壓120，W相電壓又滯后V相電壓120 ，所以它們的相序為U-V-W，稱為正序，反之則為負(fù)序。 在實際工作中，相序是一個很重要的問題。例如，幾個發(fā)電廠并網(wǎng)供電，相序必須相同，否則發(fā)電機都會遭到重大損害。因此，統(tǒng)一相序是整個電力系統(tǒng)安全、可靠運行的基本要求。為此，電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行的發(fā)電機、變壓器，發(fā)電廠的匯流排，輸送電能的高壓線路和變電所等，都按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用不同顏色來區(qū)別電源的U，V，W三相：用黃色表示U相，綠色表示V相，紅色

5、表示W(wǎng)相，如右圖所示。相序可用相序器來測量。 使用不同顏色來區(qū)別電源的U、V、W三相 把三相電源的三個繞組的末端U2，V2，W2聯(lián)接成一個公共點N，由三個始端U1，V1，W1 分別引出三根導(dǎo)線L1，L2，L3 向負(fù)載供電的聯(lián)接方式稱為星形(Y形)聯(lián)接，如下圖所示。 公共點N稱為中點或零點，從N點引出的導(dǎo)線稱為中線或零線，如上圖所示。若N點接地，則中線又叫地線。由U1，V1，W1端引出的三根輸電線L1，L2，L3 稱為相線，俗稱火線。這種由三根火線和一根中線組成的三相供電系統(tǒng)稱為三相四線制供電系統(tǒng)，在低壓配電中常采用。有時為簡化線路圖，常省略三相電源不畫，只標(biāo)相線和中線符號，如下圖所示。相電壓及

6、線電壓 三相電源每相繞組兩端的電壓稱為相電壓。在三相四線制中，相電壓就是相線與中線之間的電壓。三個相電壓的瞬時值用uU, uV,uW表示，通用符號為u相，相電壓的正方向規(guī)定為由繞組的始端指向末端，即由相線指向中線,如上頁圖中所示。 相線與相線之間的電壓稱為線電壓，它們的瞬時值用, uL1-2,uL2-3, uL3-1表示，通用符號為u線，線電壓的正方向由下標(biāo)數(shù)字的先后次序來標(biāo)明。例如表示兩相線L1和L2之間的線電壓是由L1 指向L2 線，如上頁圖中所示。 1 22 33 1LUVLVWLWUuuuuuuuuu 根據(jù)電壓與電位關(guān)系，可得出線電壓與相電壓的關(guān)系式：1 22 33 1LUVLVWLW

7、UUUUUUUUUU以 為參考相量，作出各相電壓、線電壓的相量圖，如圖所示。UU由上所示相量圖可以看出，線電壓與相電壓之間的由上所示相量圖可以看出，線電壓與相電壓之間的數(shù)量關(guān)系為數(shù)量關(guān)系為即即在相位上，在相位上，線電壓超前對應(yīng)的相電壓線電壓超前對應(yīng)的相電壓30，由于三個線電壓的大由于三個線電壓的大小相等，頻率相同，相位互差小相等，頻率相同，相位互差120，所以也是三相所以也是三相對稱量，即對稱量，即1cos302UU線相3UU線相L1 2L2 3L3 10UUU 電燈、電冰箱等家用電器都是交流用電設(shè)備，電燈、電冰箱等家用電器都是交流用電設(shè)備，它們是接在三相電源中任意一相上工作的，稱為它們是接在

8、三相電源中任意一相上工作的，稱為單相負(fù)載；而三相電動機、三相工業(yè)電爐等負(fù)載單相負(fù)載；而三相電動機、三相工業(yè)電爐等負(fù)載必須接上三相電壓才能正常工作，稱為三相負(fù)載，必須接上三相電壓才能正常工作，稱為三相負(fù)載，如下圖所示：如下圖所示： 單相負(fù)載和三相負(fù)載 在三相四線制電路中，每相負(fù)載兩端的電壓叫做負(fù)載的相電壓，用 表示，其正方向規(guī)定為由相線指向負(fù)載的中性點，即相線指向中線。 若忽略輸電線電阻上的電壓降，由上圖a可以看出，負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓，則電源的線電壓等于負(fù)載相電壓的 倍，即YU相33YUU線相 三相負(fù)載的星形聯(lián)接是指把三相負(fù)載的一端連接在一起，它常與三相電源的中線聯(lián)接；把三相負(fù)載的另一

9、端分別與三相電源的三根相線聯(lián)接。這種聯(lián)接方式就是“著名”的三相四線制供電線路如下圖a所示，下圖b中各種負(fù)載聯(lián)接到電源上。（a） 在三相四線制電路中，每相負(fù)載兩端的電壓叫做負(fù)載的相電壓，用 表示，其正方向規(guī)定為由相線指向負(fù)載的中性點，即相線指向中線。 若忽略輸電線電阻上的電壓降，由上圖a可以看出，負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓，則電源的線電壓等于負(fù)載相電壓的 倍，即YU相33YUU線相 在三相電路中，流過每相負(fù)載的電流叫相電流，用 表示，正方向與相電壓方向相同；流過每根相線的電流叫線電流，用 表示，正方向規(guī)定由電源流向負(fù)載，工程上通稱的三相電流，若無特別說明，都是指線電流的有效值；流過中線的電流稱

10、為中線電流，用 表示，正方向規(guī)定為由負(fù)載中點流向電源中點，如下圖所示。I相I線NII線I線I線I相I相I相NI 顯然，在三相負(fù)載的星形聯(lián)接中，線電流就是相電流，即 由三相對稱電源和三相對稱負(fù)載組成的電路稱為三相對稱電路。在三相四線制三相對稱電路中，每一相都組成一個單相交流電路，各相電壓與電流的數(shù)量和相位關(guān)系，都可采用單相交流電路的方法來處理。IIY線Y相 當(dāng)三相對稱負(fù)載為電感性負(fù)載時，當(dāng)三相對稱負(fù)載為電感性負(fù)載時，其相電壓與相電流的相量圖如右圖其相電壓與相電流的相量圖如右圖1所示。所示。 由由 于于 ，故三個線，故三個線電流也是對稱的。由基爾霍夫電流電流也是對稱的。由基爾霍夫電流定律可知三相對

11、稱負(fù)載作星形聯(lián)接定律可知三相對稱負(fù)載作星形聯(lián)接時，中線電流為零，因此可以把中時，中線電流為零，因此可以把中線去掉，而不影響電路的正常工作，線去掉，而不影響電路的正常工作，各相負(fù)載的相電壓仍為對稱的電源各相負(fù)載的相電壓仍為對稱的電源相電壓，三相四線制變成了三相三相電壓，三相四線制變成了三相三線制，稱為線制，稱為Y-Y對稱電路對稱電路,如右圖如右圖2所示。所示。IIY線Y相 因為在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的三相異步電動機、三相變壓器等三相負(fù)載一般是對稱的，所以三相三線制也得到廣泛應(yīng)用，如右圖所示三相變壓器的星形聯(lián)接示意圖。 當(dāng)三相負(fù)載不對稱時，若無中線，各相負(fù)載實際承受的電壓不再等于對稱的電源相電壓，

12、負(fù)載將不能正常工作，需要接上中線。因此星形聯(lián)接的三相負(fù)載不論是否對稱，只要有中線，各相負(fù)載都可在對稱的相電壓作用下，通過額定電流，保證負(fù)載正常工作。 理論研究和實踐都證明：三相負(fù)載越接近對稱，其中線電流就越小。所以，我們在安裝照明電路時，應(yīng)盡量將它們平均地分配在各相電路之中，使各相負(fù)載盡量平衡，以減小中線電流，如右圖所示。 三相負(fù)載分別接在三相電源的每兩根相線之間的聯(lián)接三相負(fù)載分別接在三相電源的每兩根相線之間的聯(lián)接方式，稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)接，如下圖所示。方式，稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)接，如下圖所示。 三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時，不論負(fù)載是否對稱，各三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時，不論負(fù)載是否對稱，各相負(fù)

13、載所承受的相電壓就是對稱的電源線電壓，即相負(fù)載所承受的相電壓就是對稱的電源線電壓，即 UU相線 由上圖可知，三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時，線電流與相電流是不一由上圖可知，三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時，線電流與相電流是不一樣的。線電流正方向仍然是由電源流向負(fù)載，而相電流正方向與相電樣的。線電流正方向仍然是由電源流向負(fù)載，而相電流正方向與相電壓正方向一致：相電流壓正方向一致：相電流 由由 指向指向 ， 由由 指向指向 ， 由由 指向指向 對三角形聯(lián)接的每一相負(fù)載都可按照單相交流電路的方法計算其對三角形聯(lián)接的每一相負(fù)載都可按照單相交流電路的方法計算其相電流。相電流。 上圖所示的線電流與相電流的關(guān)系可由基爾霍夫電

14、流定律求出上圖所示的線電流與相電流的關(guān)系可由基爾霍夫電流定律求出 上式表明線電流的瞬時值等于相應(yīng)兩個相電流的瞬時值之差，則上式表明線電流的瞬時值等于相應(yīng)兩個相電流的瞬時值之差，則其相量關(guān)系為其相量關(guān)系為Ui1L2LVi2L3LWi3L1L123LUWLVULWViiiiiiiii123LUWLVULWVIIIIIIIII 以為參考相量，作出各相電流、線電流以為參考相量，作出各相電流、線電流的相量圖，如右圖的相量圖，如右圖1所示。所示。 由相量圖可以看出，線電流與相電流之由相量圖可以看出，線電流與相電流之間的數(shù)量關(guān)系為間的數(shù)量關(guān)系為1IIcos302線相I3I線相 在相位上，線電流滯后于對應(yīng)相電

15、在相位上，線電流滯后于對應(yīng)相電流，即流，即30線相 在同一個三相對稱電源作用下，同一個三在同一個三相對稱電源作用下，同一個三相對稱負(fù)載作三角形聯(lián)接時的相電流是作星形相對稱負(fù)載作三角形聯(lián)接時的相電流是作星形聯(lián)接時相電流的聯(lián)接時相電流的 倍，作三角形聯(lián)接時的線倍，作三角形聯(lián)接時的線電流是作星形聯(lián)接時線電流的電流是作星形聯(lián)接時線電流的3倍。根據(jù)這個倍。根據(jù)這個規(guī)律，為了減小大功率三相電動機啟動時產(chǎn)生規(guī)律，為了減小大功率三相電動機啟動時產(chǎn)生的很大的啟動電流，實踐中可以采用如右圖的很大的啟動電流，實踐中可以采用如右圖2所示星三角啟動器，它采用所示星三角啟動器，它采用 降壓啟動的降壓啟動的方法，啟動時將三

16、相繞組先接成方法，啟動時將三相繞組先接成Y形，使啟動形，使啟動電流降為電流降為 聯(lián)接啟動時的聯(lián)接啟動時的1/3，啟動完畢后再，啟動完畢后再改接成改接成 全壓運行。全壓運行。 3Y 在三相交流電路中，不論負(fù)載采用何種聯(lián)接在三相交流電路中，不論負(fù)載采用何種聯(lián)接方式，三相負(fù)載的總功率都等于各相負(fù)載功率的方式，三相負(fù)載的總功率都等于各相負(fù)載功率的總和，即總和，即UIcoscoscosUVWUUUVVVWWWPPPPU IU IU IsinsinsinUVWU UUVVVWWWQQQQU IU IU IUVWUUVVWWSSSSU IU IU I 其中，其中， 分別為各相電壓和相電流，分別為各相電壓和相

17、電流，以及各相負(fù)載的相電壓與相電流之間的相位差以及各相負(fù)載的相電壓與相電流之間的相位差 。 在三相對稱電路中，由于各線電壓、相電在三相對稱電路中，由于各線電壓、相電壓、線電流都對稱，所以各相功率相等，總功壓、線電流都對稱，所以各相功率相等，總功率為一相功率的率為一相功率的3 3倍，即倍，即33cos33sin33PPU IQQU ISSU I相相 相相相相 相相相相 相 在實際應(yīng)用中，由于測量線電壓、線電流在實際應(yīng)用中，由于測量線電壓、線電流比較方便，故三相電路的總功率常用線電壓線比較方便，故三相電路的總功率常用線電壓線電流來表示和計算。電流來表示和計算。當(dāng)三相負(fù)載作星形聯(lián)接時有當(dāng)三相負(fù)載作星

18、形聯(lián)接時有3YUU線相YYII相線故故3cos3cos3cos3YUPUIIU I線Y相Y相相Y線相線 線相當(dāng)三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時有當(dāng)三相負(fù)載作三角形聯(lián)接時有UU相線3II線相所以所以3cos3cos3cos3IPUIUU I線相相相線相線 線相因此三相負(fù)載不論作星形還是三角形聯(lián)接，總有功功率公式可以統(tǒng)一寫成因此三相負(fù)載不論作星形還是三角形聯(lián)接，總有功功率公式可以統(tǒng)一寫成3cosPU I線 線相3sin3QU ISU I線 線相線 線三相對稱電路中有功功率三相對稱電路中有功功率P、無功功率、無功功率Q和視在功率和視在功率S三者之間三者之間的關(guān)系為的關(guān)系為22SPQ如下圖所示。如下圖所示。三相對稱電路有功三相對稱電路有功功率、無功功率、無