当前课程知识点:电路理论 > 06 三相电路 > 06-4 不对称三相电路 > 06-4不对称三相电路
同学们好!本节学习不对称三相电路的一些基本概念和应用。
在三相电路的构成系统中,
只要有任意一部分出现不对称的情况时,
就形成了不对称三相电路。
例如三个负载不完全相等、或者三相的电源
出现个别相电源短路或断路的情况时,
都会造成三相不电路对称。
其实,在实际工程中,工程师或电网系统尽量做到最大程度,保证了三相电源的对称性。
而作为三相负载,其不对称情况是常有的事情。
比如三相负载的阻抗不相等,或者阻抗的性质不相等,
阻抗的结构不相等,等等。
因此,这里我们主要从负载不对称角度,来讨论三相不对称电路。
在电力系统的低压电网侧(居民用电)负载的不对称,是正常的现象。
分析的方法,不能再划归一相进行计算。
只能采用复杂电路的分析方法,
即每一相都需要计算。
而不对称三相电路的计算中,
中性点位移,是一个重要的知识点。
我们来分析,中性点位移。
当三相负载Za、Zb、Zc不完全相同时,如图(a)所示,
采用Y-Yn连接。
电源有中性点N,负载也有个中性点N',
设这两个点之间电压为UN'N。
对其列写结点电压方程为式(1)所示。
而求取UN’N为式子(2)所示。
显然,在阻抗不等的时候,UN’N不再等于零。
即UN’N为一个非零的量。
于是各相负载,逐相分析的电压,分别为方程组(3)所示。
对于方程组(3),我们若采用相量图形式来描述,则更明晰和直观。
好的,我们来通过相量图来分析三相负载的各相电压。
先作出三相电源的相量图,默认A(相)初始角为零度。
然后任取一个非零值的UN’N,
如动画所示。
UN’N的某端为N’
即负载的中性点,与电源的中性点不在同一处了。
这就是中性点位移的现象。
从而,每相参照方程组(3)的相量,
分别画出UAN’、UBN’、UCN’。
相量图中,比较直观的发现:
三相负载逐相承受的电压,大小不再相同,角度也不再对称,
且中性线ZN承受电压,
显然中性线中也会有电流。
我们称相量图中的N’与N不重合现象,为中性点位移。
而在电源对称情况下,
可以根据中性点位移位置的大小,
来判断负载不对称的严重程度。
这个也很有趣。
同学们可以自行设定,指定N'可在相量图平面上,除N点之外的任意处。
从而得到各种不同程度的不对称、中性点位移的样子。
当然,作为电力系统,低压侧居民用电的电压值还是比较大的,
(通常有220V或380V)
随意设定的不对称,每相不对称电压对于该相负载的绝缘和耐压值都是考验。
当严重不对称时,会损坏某些相的负载,
因而影响整个低压侧供电系统。
所以,工程实际中,人们为了避免这种不对称,还是有比较有效的方法来处理。
若采用三相三线制:
则如下两种典型的不对称三相电路比较常见的。
1、负载某相断路(或开路),如图(a)所示,
A相负载未连入电路,或A相电源未接入电路。
则此时B相负载和C相负载串联,承受BC间线电压。
按我国低压居民用电220V相电压标准,
则(a)图中BC两相负载承受的线电压为380V。
如两相灯泡的阻值相等的话,则每相灯泡承受电压为190V。
不到220V,因此灯泡在低于额定的电压下工作,灯光灰暗。
我们也可以通过图(b)的相量图了解。
显然,负载结构的缺失,
导致负载中性点N'位移了,
其位置为UBC相量的中点位置。
这种现象对于负载用户来说,
电压幅值减小了,一般不会对用户的负载造成绝缘的损坏。
但是还会对剩下的两相负载,造成一定的影响。
比如说,有一些日光灯可能会因为电压降低而不再发光。
2、三线制中出现某相负载短路时,如图(a)所示。
此时两个中点NN' 直接被A相电压源连起来,
造成另外两相的负载,直接承受线电压的幅值。
如相量图中N'的位移示意图,
显然,超过了BC两相原有的相电压额定值。
可能会烧坏这两相的灯泡负载。
因为相量图中,N'点直接位移到相电压端点A的位置。
B、C两相负载的电压UCN’和UBN’,都是线电压。
让这两相承受较大的电压的考验,通常会造成较多的损失。
为避免出现上述不对称的情况,
需要采取必要的措施,使电力系统低压侧用户的安全运行有充分的保障。
下面介绍,采用的必要措施!
即:三相四线制+保险丝,即可!
图中的开关S闭合,形成三相四线制。
且尽量做到中线的阻抗ZN 接近于零,
中线中,不要加保险丝或熔断装置。
但是,在三根火线上要加入保险丝或熔断器。
这样做的优点有两点:
1)四线制的中线,强制了N'点和N点接近于等电位,
或者说不允许中性点N'位移。
2)保证每相负载无论对称或不对称,
都在承受基本接近额定的电压。
或者可以这样说,
由于中线不放保险丝,始终存在,
保证了每相电源和负载可以由它形成回路,
而不再影响其他两相。
这就克服了三线制的缺点。
当然,此时,若还存在三相负载的不对称情况,
则中线中电流不再为零,
为三个独立相中的电流相量IA、IB、IC的代数和。
看一个例题6-4:计算图示
不对称三相负载中四个电流。
已知电源对称,默认为星形连接,
线电压的有效值为380V。
解:先令参考相电压UA为220∠0°V。
则自动写出:UB为220∠-120°V;
UC为220∠+120°V。
图中,中线为理想导线。
则各相独立计算。
分别为方程式(1)、方程式(2)、方程式(3)所示。
最后得到中线电流IN,为三者的代数和。
它们的相量图运算如图显示。
再看一个应用例题:相序判断电路。
如图(a)所示三线制三个负载,
某相负载接电容器,
其余两相负载,接相同规格且耐压值足够、而不损毁的灯泡(认为是纯电阻),
三者阻抗的模相等,三相交流电源对称。
试分析两个灯泡负载上的电压,
并根据它们的电压,判断相序。
并根据它们的电压,判断相序。
解:Y-Y连接三线制不对称电路。
先计算UN'N的电压。
然后三相逐一分析。
我们设电源电压UA=U∠0°(V),
应用公式结点电压(1),
计算出UN'N的值为方程式(2)所示.
再计算电压UBN’,如式子(1),
计算结果,得到UBN’的有效值,是线电压有效值的1.5倍。
是相电压有效值的1.5倍。
而UCN’的电压,用式子(2)计算,
结果其电压的有效值,为相电压的0.4倍。
两者都是相同规格的灯泡,显然灯泡亮的程度不一样。
在耐压值允许的情况下,我们就能够得出这样的结论:
在未知三相电源相序的情况下,任取一相为A相,接电容器;
另外两相接灯泡,则灯泡亮的程度不一样。
最亮的那相为B相,暗的那相为C相。
(注意,这里是指A-B-C相序为默认的情况下的结论)
好的,本节就到这里,下节再见。
-00绪论
-01-1 电路模型与集总假设
--01-1作业
--讨论01
-01-2 电路变量
--01-2作业
-01-3 基尔霍夫定律
--01-3作业
-01-4 电路基本元件及方程
--01-4-1作业
--01-4-2作业
--01-4-3作业
--讨论02
--01-x自测题
-02-1 电阻电路的化简与等效
--02-1作业
-02-2 电阻△-Y等效变换
--02-2作业
-02-3 含受控源的等效电阻
--02-3等效电阻
--02-3作业
-02-4 电路的拓扑图和电路方程 的独立性
--02-4-1作业
--02-4-2作业
-02-5 支路法
--02-5作业
-02-6 网孔电流法和回路电流法
--02-6作业
-02-7 结点电压法
--02-7作业
--讨论03
-03-1 叠加定理
--03-1叠加定理
--03-1作业
-03-2 齐性定理和替代定理
--03-2作业
-03-3 戴维南定理
--03-3作业
-03-4 诺顿定理与最大功率传输定理
--03-4作业
-03-5 特勒根定理
-03-6 互易定理与对偶原理
--3-56作业
-04-1 动态电路概念和换路定则
--04-1-1作业
--04-1-2作业
-04-2 一阶电路
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--04-3作业
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--04-4作业
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--05-1作业
-05-2 正弦量的相量表示
--05-2作业
-05-3 电路定律和元件方程的相量形式
--05-3作业
-05-4 阻抗与导纳
--05-4-1作业
--05-4-2作业
-05-5 正弦稳态电路的相量法分析
--05-5作业
-05-6 正弦稳态交流电路的功率
--05-6作业
-06-1 三相电源
--06-1作业
-06-2 对称三相电路的线值与相值
--06-2作业
-06-3 对称三相电路一相法计算
--06-3作业
-06-4 不对称三相电路
--06-4作业
-06-5 三相电路功率
--06-5作业
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--7-1作业
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--7-4作业
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--8-3作业
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