三相交流电路及安全用电

1、后一页后一页返回返回第一节第一节 三相电源三相电源第二节第二节 三相负载三相负载第三节第三节 安全用电安全用电第三章第三章 三相交流电路及安全用电三相交流电路及安全用电本章要求：本章要求： 1. 搞清对称三相负载搞清对称三相负载Y和和联接时相线电联接时相线电压、相线电流关系。压、相线电流关系。 2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法，理解中线的作用。负载的正确联接方法，理解中线的作用。 3. 掌握对称三相电路电压、电流及功率的掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。计算。 4. 了解安全用电常识。了解安全用电常识。返回返回前一页前一页 后一

2、页后一页第一节第一节 三相电源三相电源一、三相电压的产生一、三相电压的产生eAeBeCXABYCZ(首端首端)(尾端尾端)工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式eA=Emsin teB=Em(sin t -120)eC=Em(sin t+120) 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图XYCAZB+n-NS转子转子定子定子返回返回前一页前一页 后一页后一页三相交流发电机结构三相交流发电机结构定子定子铁芯（作为导磁路经）铁芯（作为导磁路经）三相绕组三相绕组匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差1200转子：直流励磁的电磁铁转子：直流励磁的电磁铁三相电动势

3、瞬时表示式三相电动势瞬时表示式eA=Emsin teB=Em(sin t -1200)eC=Em(sin t+1200).相量表示相量表示:.EC = E/+120/+1200 0EB = E/-120/-1200 0. = E/0/00 0EA返回返回前一页前一页 后一页后一页三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式eA=Emsin teB=Em(sin t -120)eC=Em(sin t+120).相量表示相量表示:.EC = E/+120/+120EB = E/-120/-120. = E/0/0EAet 0eAeBeC2 波形图：波形图：EA.EB.EC.相量图：相量图：120120

4、120返回返回前一页前一页 后一页后一页最大值相等；最大值相等；频率相同；频率相同；相位互差相位互差120。对称三相电势的瞬时值之和为对称三相电势的瞬时值之和为 0。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。供电系统三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 A B C 。0 CBAeee即：即：0 CBAEEE或：或：称为对称三相电势称为对称三相电势三个正弦交流电动势满足以下特征：三个正弦交流电动势满足以下特征：返回返回前一页前一页 后一页后一页二、三相电源的星形联接二、三相电源的星形联接1. 联接方式联接方式AU中线中线(零线、地线零线、地线)BUCUA

5、BUCAUBCUNBCAXYZeAeBeC中性点中性点端线端线(相线、火线相线、火线)在低压系统在低压系统,中中性点通常接地，性点通常接地，所以也称地线。所以也称地线。相电压：端线与中线间（发电机每相绕组）的电压。相电压：端线与中线间（发电机每相绕组）的电压。线电压：端线与端线间的电压。线电压：端线与端线间的电压。CBAUUU、CABCABUUU、Up、Ul返回返回前一页前一页 后一页后一页2. 2. 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系相电压：端线与中线间的电压。相电压：端线与中线间的电压。线电压：端线与端线间的电压。线电压：端线与端线间的电压。AUBUCUABUCAUBCUNBCAXY

6、ZeAeBeCBAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 相量图：相量图： 30BU ABUAUCUBU根据根据KVL定律：定律：303 AABUU由相量图可得，由相量图可得，CBAUUU、CABCABUUU、返回返回前一页前一页 后一页后一页30303303 lPAABUUUU同理可得：同理可得：90903303 lPBBCUUUU1501503303 lpCCAUUUU三、三相电源的三角形联接三、三相电源的三角形联接BACABUCAUBCU 相电压U相电压U线电压U线电压U 形联接时形联接时 结论：电源结论：电源P Pl l三相线电压也是对称的三相线电压也是对称的且超前相应的相电压且超

7、前相应的相电压相电压相电压线电压线电压形联接时形联接时结论：电源结论：电源 30 3 Y PlUU 返回返回前一页前一页 后一页后一页第二节第二节 三相负载三相负载一、三相负载一、三相负载单相负载：只需一相电源供电单相负载：只需一相电源供电 照明负载、家照明负载、家用电器用电器分类：分类：负载负载三相负载三相负载不对称三相负载：不对称三相负载： ZA ZB ZC 如由单相负载组成的三相负如由单相负载组成的三相负载载对称三相负载：对称三相负载： ZA= ZB = ZC三相电动机三相电动机三相负载：需三相电源同时供电三相负载：需三相电源同时供电 三相电动机等三相电动机等 三相负载也有三相负载也有

8、Y和和 两种接法，至于采用两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定，确定，原则是：负载必须承受额定电压。原则是：负载必须承受额定电压。返回返回前一页前一页 后一页后一页 二、负载星形联接的三相电路二、负载星形联接的三相电路N 电源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点AIBICINIZBZCZANNAUBUCU线电流：流过端线的电流线电流：流过端线的电流CBAIII、相电流：流过每相负载的电流相电流：流过每相负载的电流结论：结论：负载负载 Y联接联接时，线电流时，线电流等于相电流。等于相电流。aIY: 三相三线制三相三线制Y0：三

9、相四线制三相四线制返回返回前一页前一页 后一页后一页1.1.负载负载Y 0 0联接三相电路的计算联接三相电路的计算ZBZCZANNAIBICINIAUBUCU1 1）负载端的线电压电源线电压）负载端的线电压电源线电压2 2）负载的相电压电源相电压）负载的相电压电源相电压负载负载 Y 联联接带中线时，接带中线时，可将各相分可将各相分别看作单相别看作单相电路来计算。电路来计算。P PU U3 3U U3 3）线电流相电流）线电流相电流P PI II IY0 联接时：联接时：CBANIIII 4 4）中线电流）中线电流 AAAZUI BBBZUI CCCZUI 返回返回前一页前一页 后一页后一页2.

10、 2. 对称负载对称负载Y0 联接三相电路的计算联接三相电路的计算ZBZCZANNAIBICINIAUBUCU0 CBANIIII中中线线电电流流CBAZZZ 三相电压对称，且三相电压对称，且负载对称时，负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。负载对称时负载对称时,中线无电流中线无电流,可省掉中线。可省掉中线。PlUU3 无中线时，无中线时，负载对称负载对称 负载对负载对称时，只需称时，只需计算一相电计算一相电流，其它两流，其它两相电流可根相电流可根据对称性直据对称性直接写出。接写出。如：如：.IA=10/300 A.IB=10/-900 AIC.=10/+1500 A可知：可知： 负载对

11、负载对称时，只需称时，只需计算一相电计算一相电流，其它两流，其它两相电流可根相电流可根据对称性直据对称性直接写出。接写出。返回返回前一页前一页 后一页后一页若若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中线电流求线电流及中线电流IN。若：若：RA=5 ，RB=10 ， RC=20 ，同上所求。同上所求。三相电路如图三相电路如图：已知：已知 Vtuab)30314sin(23800.IANNIBICIaIBINUCUAUBRARBRCIC解：解：U.AB= 380/300V U.A= 220 /00V已知：已知：1. 线电流：线电流：三相对称：三相对称：A12044I0BA12044cI0中线电流

12、中线电流:0IIIICBAN例例1 1： A04450220RUIAAA返回返回前一页前一页 后一页后一页2. 三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分别计算分别计算各线电流：各线电流：ARUIAAA0004450220ARUIBBB001202210120220ARUICCC001201120120220中线电流中线电流:0001201112022044CBANIIIIA01929返回返回前一页前一页 后一页后一页 例例2 2：照明系统故障分析：照明系统故障分析解：解：1. A相短路相短路 1)中线未断中线未断: 在上例中，试分析下列情况：在上例中，试分析下

13、列情况： 1. A相短路：中线未断，求各相负载电相短路：中线未断，求各相负载电压；压； 中线断开，求各相中线断开，求各相负载电压。负载电压。 2. A相断路：中线未断，求各相负载电相断路：中线未断，求各相负载电压；压； 中线断开，求各相中线断开，求各相负载电压。负载电压。 NRARCRBABNC B、C相灯由于承受电压相灯由于承受电压 过高将烧坏过高将烧坏C相灯不受影响相灯不受影响A相熔断丝熔断，相熔断丝熔断，B、 U A = 0 U B=UBA= 380V U C=UCA= 380V 2) 中线断开中线断开返回返回前一页前一页 后一页后一页U B=IRB=12.7 10=127 VU C=I

14、RC=12.7 20=254 V 2. A相断路相断路 NRARCRBABNC中线未断中线未断: 中线断开中线断开:IBCUAUBIB =IC=UBC/（RB+RC) =380/（10+20） =12.7 A 结论结论: 1.不对称负载不对称负载Y联接又未接中线时，负载电压不联接又未接中线时，负载电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 2. 中线的作用：保证星形联接三相不对称负载中线的作用：保证星形联接三相不对称负载的相电压对称。的相电压对称。 3. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线制照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且

15、中线上不允许接刀闸和熔断器。供电方式，且中线上不允许接刀闸和熔断器。 B、C相灯仍承受相灯仍承受220V电压正常工作。电压正常工作。变为单相电路变为单相电路返回返回前一页前一页 后一页后一页返回返回例三例三: :求例一电路中线断开时的负载相电压及负载相电流。求例一电路中线断开时的负载相电压及负载相电流。CBACBACCBBAANNRRRRRRRURURUU111201202201012022050220111000AJ0193 .852 .276 .78则节点电压则节点电压UA .UA.UN N.=-=144/00V负载电压：负载电压：UB .UB.UN N.=-=249.4/00V解：解：U

16、.A= 220 /00V设设， UN NRBRCUC.U C.IC.UB.UA.U B.U B.IB.IA.RANN 前一页前一页 后一页后一页VUUUNNCC0131288ARUIAAA0008 .28511144ARUIBBB0013994.24101394 .249ARUICCC001314 .1420131288可见：可见： 1. 不对称三相负载做星形联接且无中线时不对称三相负载做星形联接且无中线时, 三相负载的相电压不对称。三相负载的相电压不对称。 2. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线照明负载三相不对称，必须采用三相四线制制供电方式，且中线上不允许接刀闸和熔断器。供电方式，且中

17、线上不允许接刀闸和熔断器。 返回返回前一页前一页 后一页后一页线电流不等于相电流线电流不等于相电流三、负载三角形联接的三相电路三、负载三角形联接的三相电路 2. 相电相电流流IAZABZBCZCAICACBIBIABICAIBCUABUBCUCA.线电流：线电流： IBIA.IC、IBC .IABICA.相电流：相电流：、ABABABZUI BCBCBCZUI CACACAZUI 3. 线电流线电流.IA.IABICA. = - .IBIBC .= - .IAB .IC=ICA. -IBC .1. 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即: UP = Ul 一般电源线电压是一般电源线电压

18、是对称的，所以不论负对称的，所以不论负载是否对称，负载相载是否对称，负载相电压始终对称。电压始终对称。返回返回前一页前一页 后一页后一页相量图相量图:IBCIABICAUBCUABUCAIBIC304. 三相负载对称时三相负载对称时三相负载对称时，三相负载对称时，三相相电流对称三相相电流对称 .IA.IABICA. = - .IBIBC .= - .IAB .IC=ICA. -IBC .AICAI 三三相相线线电电流流也也对对称称。 3 30 0 且且落落后后相相应应的的相相电电流流 相相电电流流I I3 3线线电电流流I I 联联接接时时 结结论论：对对称称负负载载P Pl l 30 303

19、 303 lpABAIIII同理可得：同理可得： 303 BCBII 303 CACII 线电流线电流返回返回前一页前一页后一页后一页三相负载的联接原则：三相负载的联接原则： 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，与电源的联接方式无关。与电源的联接方式无关。负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压应作应作 联接联接负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压31应作应作 Y 联接联接返回返回前一页前一页 后一页后一页四、三相功率计算四、三相功率计算 无论负载为无论负载为 Y 或或联接，每相有功功率都应联接，每相有功功率都应为

20、：为： Pp= Up Ip cos plplpIIUU31 , 对称负载对称负载 联接时：联接时： pllpPPIUIUPcos3cos3同理：同理：pllpppIUIUQsin3 sin3 I IU U3 3Q QP PS S l ll l2 22 2lplpIIUU ,31对称负载对称负载 Y联接时：联接时：相电压与相相电压与相电流的相位差电流的相位差当负载对称时：当负载对称时：P = 3Up Ipcos p返回返回前一页前一页 后一页后一页正误判断：正误判断：对称负载对称负载 Y联接：联接：ZUIll BAABAZZUI BAABAZZUI ZUIPl PlII3 PlUU PlUU3

21、PlII ZUIPP ZBZCZANNAIBICINIAUBUCUABU返回返回前一页前一页 后一页后一页正误判断：正误判断：对称负载对称负载 Y联接：联接：AABAZUI3 AABAZUI330 AABAZUI330 Wcos23202203803 PWcos53.1202203803 P 5320V30380ZUAB三相负载对称三相负载对称已知：已知： Wcos53.1202202203 P 返回返回前一页前一页 后一页后一页例一：例一： 三相对称负载作三角形联接，三相对称负载作三角形联接，Ul =220V，当当 K1和和K2均均 闭合时，各电流表读数闭合时，各电流表读数均为均为17.3A

22、，三相功率三相功率P = 4.5 kW，试求试求: 1）每相负载的电阻和感抗；）每相负载的电阻和感抗； 2）K1合、合、K2断开时，各电流表读数和有功功率断开时，各电流表读数和有功功率P； 3）K1断、断、K2闭合时，各电流表读数和有功功率闭合时，各电流表读数和有功功率P。 解：解：1. 由已知条件可求得由已知条件可求得:AAACABK1K2ZABZCAZBCllIUP3cos223/32.17220PPIUZ102203105 . 43 68. 01568. 022cosZR1 .16733. 022sinZXL或：或：P =I2RP =UIcos tg =XL / R返回返回前一页前一页

23、后一页后一页2) K1闭合、闭合、K2断开时：断开时：AAACABK1K2ZABZCAZBC IA=IC =10A IB =17.32A 流过电流表流过电流表 A、C 的电流变为相电的电流变为相电流流 IP，流过电流表流过电流表B 的电流仍为线电流的电流仍为线电流Il 。当开关均闭合时，每相有功功率当开关均闭合时，每相有功功率 P =1.5 kW。 K1合、合、K2断时，断时，ZAB、ZBC 的相电压和相电的相电压和相电流流没变，则没变，则PAB、PBC不变。不变。P = PAB+PBC = 3 kW返回返回前一页前一页 后一页后一页IB = 0A 3) K1断开、断开、 K2闭合闭合时时AA

24、ACABK1K2ZABZCAZBCZABZBCZCAAC变为单相电路变为单相电路I1I2 I1 仍为相电流仍为相电流 IP ， I2 变为变为 1/2 IP 。 IA=IC =10 + 5 = 15A I2 变为变为 1/2 IP，所所以以 AB、 BC 相的功率相的功率变为原来的变为原来的1/4 。 P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 + 0.375 + 1.5 = 2.25 kW返回返回前一页前一页 后一页后一页例二：例二： 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装4040瓦日光灯瓦日光灯210210盏（盏（CosCos 1

25、1=0.5=0.5），），6060瓦白炽灯瓦白炽灯9090盏盏（CosCos 2 2=1=1），），它们的额定电压都是它们的额定电压都是220220V V，由由380380V/220VV/220V的电网供电。试分配其负载并指出应的电网供电。试分配其负载并指出应如何接入电网。这种情况下，线路电流为多少？如何接入电网。这种情况下，线路电流为多少？解：解：1.该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图ABC30盏盏70盏盏NAIAI1AI2PU返回返回前一页前一页 后一页后一页解：解：1. 1. 该照明系统与电网连接图该照明系统与电网连接图AIIIAAA0215 .464 .30AIA01605

26、. 02204070006046.25AAIA02012206030A001818. 8 2. 计算线电流计算线电流 : 设设 U.=220/00VAIABC30盏盏70盏盏NAI1AI2PU返回返回前一页前一页 后一页后一页例三：例三： 某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯层楼所有电灯都突然暗下来，而第一层楼电灯亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是亮度不变，试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因二层楼的电灯还暗些

27、，这又是什么原因？解：解：1. 本系统供电线路图本系统供电线路图ABCN三层三层二层二层一层一层CUP 返回返回前一页前一页 后一页后一页 2. 当当P处断开时，二、三层楼的灯串联接处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所电压，所以以亮度变暗，但一层楼的灯仍亮度变暗，但一层楼的灯仍承受承受220V电压亮度不变。电压亮度不变。3. 三楼灯多于二楼灯即三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三所以三楼灯比二楼灯暗。楼灯比二楼灯暗。解：解：1. 本系统供电线路图本系统供电线路图ABCN三层三层二层二层一层一层CUP 返回返回前一页前一页 后一页后一页一、概述一、概述 安全用电：人身安全、设备

28、安全。安全用电：人身安全、设备安全。 1. 电流对人体的危害电流对人体的危害 人体允许的人体允许的安全工频电流安全工频电流: 30mA 工频工频危险电流危险电流: 50mA 人体电阻人体电阻: Rb=1000 (一般情况一般情况) 人体人体危险电压危险电压: U = 0. 051000 = 50V 我国规定我国规定安全电压安全电压: 36V 、24V、12V。返回返回前一页前一页 后一页后一页2.2. 触电原因及常见触电事故触电原因及常见触电事故 1) 发生触电的原因发生触电的原因 未遵守操作规程或粗心大意，直接接触或过分未遵守操作规程或粗心大意，直接接触或过分靠近电气设备的带电部分。靠近电气

29、设备的带电部分。2) 常见触电事故常见触电事故(1)单相单相 触电触电通过人体电流通过人体电流:mAmARRUIPP502190式中式中:UP: 电源相电压电源相电压 (220V)Ro: 接地电阻接地电阻 4 Rb:人体人体 电阻电阻 1000 R0CAB 中性点接地系统单相触中性点接地系统单相触电电返回返回前一页前一页 后一页后一页中性点接地系统一相接地时中性点接地系统一相接地时CAR0B短路点产生大电弧短路点产生大电弧在煤矿井下足以引起瓦斯、煤尘爆炸。在煤矿井下足以引起瓦斯、煤尘爆炸。井下供电系统变压器中性点禁止接地。井下供电系统变压器中性点禁止接地。 煤矿井下：煤矿井下： 照明负载、煤电

30、钻、电动机三相绕组均接照明负载、煤电钻、电动机三相绕组均接 形。形。 保证每相负载电压保证每相负载电压 UL = 127V返回返回前一页前一页 后一页后一页Ib中性点不接地系统中性点不接地系统CBRA设设: UP = 380V Rb=1000 R=35k RRUIbPb33mA3035000100033803CABR当发生单相对地短路当发生单相对地短路: 入地电流很小入地电流很小, 引燃瓦斯，引燃瓦斯，煤尘的可能性大大减少。煤尘的可能性大大减少。人体接触某一相人体接触某一相:对地绝对地绝缘电阻缘电阻返回返回前一页前一页 后一页后一页（2 2）双相触电双相触电二、接地与接零二、接地与接零 保护接地：保护接地：将电气设备不带电的金属外壳将电气设备不带电的金属外壳与接地体可靠地连接起来。与接地体可靠地连接起来。 保护接零：保护接零：将电气设备不带电的金属外壳将电气设备不带电的金属外壳与零线相连。与零线相连。双相触电双相触电CAB触电后果更为严重触电后果更为严重ARUIbl38. 01000380mAmA 50380Ib通过人体的电流：通过人体的电流：返回返回前一页前一页 后一页后一页1.1. 保护接地保护接地 用于中性点不接地系统用于中性点不接地