02.基本概念

Z OA Z OB Z OC
Z AB Z CA Z AB Z CA Z BC Z AB Z BC Z AB Z CA Z BC Z BC Z CA Z AB Z CA Z BC
ZY
1 Z 3
Z AB
Z OA Z OB Z OB Z OA Z OC ZOA ZOB =ZOA +ZOB + Z OC
本章论述组成电力系统的各种能量形式以及电机中机
电能量转换的概念，讨论了直流传输与交流传输的基 本概念，阐述了交流电路中有功功率、无功功率、视 在功率及复数功率的概念。讨论了单相系统的缺陷与 三相系统的优点以及在对称三相系统中的单相分析法。
动能（Kinetic energy）
W
KE
1 2 M 2
A'
U A'N'
N'
N C
U CNU BN
U C'N' U B'N'
ZB
B'
对称三相负载Y形
U AN
U CN
U AB
U BN
U CA U AN U BN
U CN U BC
U CA U AN U AB
U BN
U CN
U BC
Z OA Z OB Z AB / / Z CA Z BC Z OB Z OC Z BC / / Z AB Z CA Z OC Z OA Z CA / / Z BC Z AB
并等于每相实功率的三倍。瞬时三相功率恒定是三相系 统超过单相系统的主要优点。其重要的表现是三相发电 机与三相电动机具有恒定的转矩特性
定义三相无功功率
Q3 3UI sin 3Q1
定义三相视在功率
S3 3UI 3S1
接线图Δ
A
IA I C'A' UA IB C ' IC




j1200
U bc U b U c = 3U 900 U ca U c U a = 3U 1500
电力工作者称电力装置的额定电压总是指线电压而

言。
ia 2 I sin(t ) ib 2 I sin(t 120 ) ic 2 I sin(t 240 )
单相传输系统具有功率的脉动特性。 发电机端电压（相对于中性点o）可表示为：
ua 2U sin t ub 2U sin(t 120 ) uc 2U sin(t 120 )
u0
0 0 0
u120
u240
线电压
U ab U a U b U Ue = 3U 300
A'
UC
C
ZC I B'C' ZB
ZA I A'B'
UB
B
B'
电流矢量图
I B'C'
IC
I C'A' I C'A'
I A'B'
IA IC
I A'B'
IB
I A'B'
I B'C'
IA
I C'A'
I B'C'
IB
设
U ab U 0 , Z Z


则有
I ab I bc
P 1 U1 I cos U 2 I P2
在无有功损耗的情况下，送受两端功率相等
U1U 2 U1 sin IX L P1 sin XL
功率方向
P和Q的方向
*
方法是去求解E I 先定义一个方向（电流方向），再
看P、Q的正负符号
两电压源代表1#及2#同步机经过阻抗Z相联。已知 E1 2200 E 2 22030 V 以及 Z 0 j 5 试决定两机何者为发电机及何者为电动机？它们分别产 生或消耗多少有功功率和无功功率？联系阻抗吸收多少 有功功率和无功功率？
别落后于a相
2 3
及 4
3
• 对于对称三相系统，如若 • 所有元件是对称三相联结的； • 所有负载及电源是Y联结的；
• 所有元件的中性点电位相同，即零电位；
• 各相完全解耦； • 网络中各对称元件的电流、电压矢量的 相序与电源相同；
• 相间无互感；
1. 选择电源的中性点作为电压参考点；
2. 如有Δ联结的负载，则将其转换为等效Y联结；
注意：
1. 有功功率P规定为p的平均值，其物理意义是被传送的有用功率，它的大小与 功率因数 相关。 2. 无功功率Q定义为 的顶值， 在线路上往返传送，平均值为零，所以是“无 用”功率。但它为建立电场和磁场所必需。 3. P和Q均可用物理量瓦（W）表示，但着重于Q代表“无效”功率，用无效伏 安来度量，因而单位用乏（Voltamperes reactive ,var）,千乏、兆乏表示。 4. 负荷以滞后功率因数运行时所吸收的无功功率为正，以超前功率因数运行时 所吸收的无功功率为负；发电机以滞后功率因数运行时所发出的无功功率为 正，以超前功率因数运行时所发出的无功功率为负。

位能（Potential energy） W PE
T d
r
电力系统中 的能量形式
磁场能（Magnetic field energy）
W
mf

1 2 L 2 i
电场能（Electric field energy）
耗散能（Dissipative energy）
Wef

1 2 Cu 2
解：
E1 E 2 220 j 0 (190.Hale Waihona Puke j110) I Z j5


22 j 5.9 22.78195 A
E1 I 220(22 j 5.9) 103 4.84 j1.298 KVA E 2 I (190.5 j110)(22 j 5.9) 103 4.84 j1.296 KVA I 2 X 22.782 5 2.594 K var
3. 将所有元件的中性线联接起来，计算a相电路，求解a相变量；
检验相序，b相和c相电量与a相电量大小（有效值或最大值）
相等，相位分别落后于a相 120°和240°
4. 倘使需要，返回原电路去求线间变量或Δ中有关变量
I a I I b I 120 I c I 240


三相系统输送的全部三相功率等于三相单相功率之和，
即
p3 ua ia ubib ucic 3UI cos 3 p1
可见，在一对称三相系统中瞬时的三相功率是非脉动的，
2
Wd R i t dt 0
旋转电机中 的能量转换
同步机 异步机
电路中的电流
i
u2 R
线路始端电压
负载所消耗的功率
u1 u2 ir u2
Rr R
p2 u2 i
输电线始端功率
p1 u1i u2 i i 2 r

u2 i u2 u2 u2 i i 2 r u2 ir u1
Z BC Z CA
ZOB ZOC ZOB +ZOC + Z OA ZOC ZOA ZOC +ZOA + Z OB
对称三相系统的稳态运行情况，实际上只要进行其中某 一相（如a相）的计算，而其他两相即b和c相的电流和 电压根据相序关系易于求得。由b相和c相的电量与a相
电量比较可知大小（最大值或有效值）相等，而相位分
定义有功 和无功
P UI cos Q UI sin
S UI P 2 Q 2

p P 1 cos 2t Q sin 2t
UI cos
2
视在功率 复功率
UI sin
2
S U I UI u i UI S (cos j sin ) P jQ
*

*
由上述计算可知：1＃机消耗有功功率4.84kW，供出 无功功率1.298kvar；2＃机供出有功功率4.84kW，供出 无功功率1.296kvar，1＃故机为一电动机，2＃机为一发电
机，2＃机产生的有功功率全部输送至1＃机。联系阻抗Z
消耗无功功率2.594kvar，为两机供给无功功率的总和。

U ab U Z Z


U bc U ( 120 ) Z Z U ca U ( 240 ) Z Z

I ca
I a I ab I ca 3 I ab 30




0
对称三相负载 Y形
A
IA U AN ZA IN ZC B IB C ' IC
输电系统的效率
1.
单相系统
2. 交流传输与功率方向 3. 对称三相系统 4. Δ 联结的三相负载
5. 单相分析法
电流电压具有正弦形式
u um sin t i im sin(t )
传输功率 以两倍 角频率围绕平均功 率 UI cos 波动
由电源输入该一端口网络的瞬时功率
p UI cos UI cos(2t ) UI cos 1 cos 2t UI sin sin 2t