对称三相正弦交流电路

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三相制供电是电力系统普遍采用的供电方式,所谓三相制就是由三个频率相同、相位不同的电源作为供电体系。三相制之所以获得广泛应用,主要是因为它在发电、输送和负载驱动方面与单相制相比有许多优点。与三相供电电源相对应,每组负载也由三个组成,称为三相负载。

三相电源的三个电势和三相负载阻抗有两种基本连接方式,即星形联结(Y联结)和三角形联结(△联结)。图1分别示出了三相电源与三相负载的Y联结与△联结。每相电源

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与负载分别标以A相、B相和C相加以区别。在Y联结方法中,各相电源和负载的输出端称为各相的端点,三相公共联结点称为中性点,或简称为中点。在△联结方法中,三相电源或负载分别首尾相连,无中性点。由三相电源或三相负载连接而成的电路称为三相电路。

2画出了电源和负载均为星形联结的三相电路图。图中Zl表示每相线路阻抗,从电源端点ABC至负载端点对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路的三根连线称为端线,通常称为火线。Y形联结的三相电源的中点N与负载中点对称三相正弦交流电路的连结称为中性线或中线。在三相星形联结中,具有三根端线和一根中性线的供电方式称为三相四线制,没有中性线的供电方式称为三相三线制。

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3分别表示了Y形联结电源与△形联结负载,以及△形联结电源与△形联结负载的连线方式。在这些联结方式中,对于三相电源和三相负载,不论是△形还是Y形接法,规定通过每个电压源或每个负载阻抗的电流称为相电流,每个电压源或负载阻抗两端的电压称为相电压。流过三根端线的电流称为线电流,端线与端线之间的电压称为线电压。

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如果在三相电源中,三个正弦电压源的振幅相等,电压源之间的相位差均为1/3周期(对称三相正弦交流电路),则称这种三相电源系统为对称三相电源。以图2Y形联结的三相电源系统为例,设各相电动势分别为

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则它为对称三相电源,可用相量表示为

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对称三相电源的波形图和相量图分别示于图4中。对于△形联结的三相电源,从波形图可见由于三相电动势串联后对称三相正弦交流电路,因此在△形闭合回路中不会产生环流。

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首先分析Y形联结的对称三相负载的线电压、线电流与相电压、相电流之间的关系。图5所示为一Y形联结的对称三相负载,设负载的各相电压为对称且为正序,则电压相量可表示为

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线电压为:

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对称三相Y形联结的负载电路,其线电压也是一组对称的三相电压,线电压有效值是相电压有效值的对称三相正弦交流电路倍,对称三相正弦交流电路相位超前对称三相正弦交流电路角。电压相量图如图4-3-5所示。通过负载各相的电流为:

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可见负载各相电流也是一组对称三相电流,相序与电压相同。对于Y形联结而言,相电流等于线电流。

对于△形联结的对称三相负载,如图6所示,各相电压即等于对应端线间的线电压,如果线电压为对称三相电压,即有:

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则负载相电流为一组对称三相电流。

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根据基尔霍夫节点电流定律,可求得线电流为

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可见线电流也为一组对称三相电流,线电流对称三相正弦交流电路滞后相电流对称三相正弦交流电路,其有效值为相电流的对称三相正弦交流电路倍。电流相量见图6b

下面分析对称三相电路的计算特点。图7为三相四线制电路,由三相对称电源和三相对称负载组成,Zl为线路阻抗,Z0为中线阻抗。设中点N为参考,则可求得:

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可见对称三相电路中性点的电位是相等的。各相电流:

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中线电流对称三相正弦交流电路。因为对称三相负载的阻抗相等,可知相电压为一组对称三相电压。

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1 8a为由两组对称三相电源供电的三相电路。已知对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路对称三相正弦交流电路,试求负载对称三相正弦交流电路上的相电压与相电流。

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解:为画出单相图,需将△形联结的电源与△形联结的负载转换为Y形联结,如图8b

由△-Y转换的相电压线电压关系,可知△形联结的电源等效转换为Y形联结的相电势为:

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由△形联结负载转换为Y形联结后其等效阻抗为:对称三相正弦交流电路

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A相电路,并把各中性点联结,则得到如图4-3-8c所示的单相图。设N为参考点,则列节点方程为:

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则: 对称三相正弦交流电路

此为Y形联结的相电流,也为线电流值。则△形联结的实际相电流为

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相电压为: 对称三相正弦交流电路

由对称性可写出各相电压电流值为

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