第4章-三相电路

1、 成本低、不同供电形式、运行方便、利用率高10kV330kV10kV400V+u1u2u3U2U1V1V2W1W2+ +_eeU1U2W2U1U2V2NSW1-+V1+-u1铁芯铁芯（作为导磁路经）（作为导磁路经）三相绕组三相绕组: 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子发电机结构发电机结构tUusinm1)120sin(m2tUu)120sin(m3tUuUUU01)2321(1202jUUU)2321(1203jUUUu0u1u2u32 120 240 360t tUusinm)120sin(mtUu)120sin(mtUuUUU011202UU1203UUU2U1.120120

2、120U3.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 00321uuu即：0321UUU或：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1. 联接方式联接方式中性点、零点中性点、零点321UUU、312312UUU、Up3U+2U+1U、UlU2V2W2NL2L3L1u1+u3+u2+12U+23U+31U2112UUU3223UUU1331UUU由相量图可得由相量图可得 302U12U1U3U2U303112UU303P U30 lUL1U2V2W2NL2L3u1+u3+u2+3U+2U+1U12U+23U+31U90903303P223lUUUU15015033

3、03p331lUUUU303112UU303P U30 lU。三相线电压也是对称的三相线电压也是对称的前相应的相电压前相应的相电压 ,30且超且超线电压线电压形联接时形联接时结论：电源结论：电源,3,Y PUUl p 相电压相电压线电压线电压 结论：电源形联接时结论：电源形联接时UUl +L2L1L312U31UBCU23U 4.1.2 欲将发电机的三相绕组联成星形时，如欲将发电机的三相绕组联成星形时，如果误将果误将U2, V2, W1联成一点联成一点(中性点中性点), 是否也可以产是否也可以产生对称三相电动势生对称三相电动势? 4.1.3 当发电机的三相绕组联成星形时，设当发电机的三相绕组联

4、成星形时，设 , 试写出相电压试写出相电压u1的三角函数式。的三角函数式。V)30314sin(238012tu 4.1.1 如果交流发电机是两极的，如图所示，如果交流发电机是两极的，如图所示，要得到频率为要得到频率为50Hz的电压，那么原动机的转速的电压，那么原动机的转速(r/min)应该等于多少应该等于多少?01PUU1202PUU1203PUU小小 结结90303223lUUU150303331lUUU30 lU303112UU 302U12U1U3U2U3 PUUl C三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电

5、压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载NI+Z2Z3Z11U2U3U+1I2I3IN 电源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点321III、UpUlY0 联接时：联接时：NI+Z2Z3Z11U2U3U+ 1I2I3IlPUUUUU31321PIIl 321NIIII负载负载 Y 联接带中线时联接带中线时, 可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算333222111 ZUIZUIZUINI+Z2Z3Z11U2U3U+ 1I2I3I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。0CBAN IIII中中线线电电流流负载对称时，负载对称时，三相电流也对

6、称。三相电流也对称。)120(120)120(1200332211zpzpzpzpzpzpZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUI如果三相负载是对称的，即如果三相负载是对称的，即z321|ZZZZZ则：则：0031321321NNUNIlUPUUUUlIIIIIP负载对称有中线时0321NNUUUU负载不对称无中线时0031321321NNUNIlUPUUUUlIIIIIP负载对称无中线时 负载对称时，只需计算一负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。对称性直接写出。NI+Z2Z3Z11U2U3U+ 1I2I3IY0Y0031321321NN

7、UNIlUPUUUUIII负载不对称有中线时源负载源负载源源负载负载lUlUpUpUlIIIIllPY0视电路而定Y例例1 1：N+BICIAINIAUBUCUN RARBRCACB若若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中电流求线电流及中电流若若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及求线电流及 一星形联接的三相电路，电源电压对称一星形联接的三相电路，电源电压对称.设电设电源线电压源线电压 。 负载负载V)30314sin(2380AB tu为电灯组，为电灯组，流流 IN ;中线电流中线电流 IN 。 三相对称三相对称A12044B IA12044C I中线电流中线电流0C

8、BAN IIII解：解： 已知：已知：V30380AB UV0220A U A04450220AAA RUI(1) 线电流线电流N+BICIAINIAUBUCUN RARBRCACB(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A04450220AAA RUIA1202210120220BBB RUIA1201120120220CCC RUI中线电流中线电流 1201112022044CBANIIIIA1929 CBACBACCBBAA111201202201012022050220111RRRRRRRURURUUNNA193

9、.852 .27j6 .78 则节点电压则节点电压设设,V0220A UV11144NAAUUUV139249NBBUUUNN RBRC.RA+AIBICIAUBUCUAU BU CU NUV131288NCCUUUA118 .28511144AAARUIA13994.24101394 .249BBB RUIA1314 .1420131288CCC RUI可见：可见： 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, 三相负三相负载的相电压不对称。载的相电压不对称。 解解: 1) 中线未断中线未断 C 此时负载中性点此时负载中性点V380,V380,0,0ACBBABAA

10、CCUUUUUUUU C+AU BU CU B、C相灯仍承受相灯仍承受220V电压电压, 正常工作。正常工作。A7 .120210380CBBC RRUIV127107 .12BB IR UV254207 .12CC IR UIBC+ C 4.2.2 为什么电灯开关一定要接在相线为什么电灯开关一定要接在相线(火线火线)上？上？ 4.2. 1 为什么中性线中部不接开关，也不接为什么中性线中部不接开关，也不接入熔断器？入熔断器？321III、12I23I31IZ12Z23Z31L1L3L2+31U12U23U23I12I31I1I2I3I负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压即即: UP =

11、Ul即即Z12Z23Z31L1L3L2+31U12U23U23I12I31I1I2I3I3、电流、电流121212ZUI232323ZUI313131ZUI相电流：相电流：312312III、线电流：线电流： 321III、Z12Z23Z31L1L3L2+31U12U23U23I12I31I1I2I3I31121III12232III23313III相量图相量图I23I12IU23U12U31301I31II2I3。3030且落后相应的相电流且落后相应的相电流(相电流),(相电流),3 3线电流线电流联接时联接时对称负载对称负载 : :结论结论 P IIl由相量图可求得由相量图可求得ZUIII

12、IPP312312RXarctan312312 PP330cos2IIIl lIIII32131121III12232III23313III 三相电动机绕组可以联接成星形，也可以三相电动机绕组可以联接成星形，也可以联接成三角形，而照明负载一般都联接成星联接成三角形，而照明负载一般都联接成星形（具有中性线）。形（具有中性线）。小 结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lPUUUUU31321lIIIIIP321NI+Z2Z3Z11U2U3U+ 1I2I3IZ12Z23Z31L1

13、L3L2+31U12U23U23I12I31I1I2I3IPlIIIII3321U12=U23=U31=Ul=UPZUIIIIPP312312负载对称：负载对称：正误判断正误判断ZUIll BAABAZZUI BAABAZZUI ZUIlP P3IIl PUUl P3UUl ZUIPP AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+llIIUU31 ,pp 对称负载对称负载 联接时：联接时： PPPPcos3cos3 llIUIUP 同理同理ppppsin3 sin3 llIUIUQ llIIUU pp ,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

14、载对称时：当负载对称时：P = 3Up Ipcos pllIUIUQPS3 3 pp22 AAB3ZUIA AABA330ZUI Wcos23202203803 PWcos53202203803P 5320V30380ABZU三相负载对称三相负载对称已知：已知： Wcos53202202203P 正误判断正误判断AABA330ZUI 有一三相电动机有一三相电动机, 每相的等效电阻每相的等效电阻R = 29 , 等效等效 感抗感抗XL=21.8 , 试求下列两种情况下电动机的相电流、试求下列两种情况下电动机的相电流、 线电流以及从电源输入的功率，并比较所的结果：线电流以及从电源输入的功率，并比较

15、所的结果： (1) 绕组联成星形接于绕组联成星形接于Ul =380 V的三相电源上的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于Ul =220 V的三相电源上。的三相电源上。例例4:解解: (1)A1 . 68 .212922022PP ZUI228 .2129291 . 63803cos3 llIUPKW2 . 38 . 01 . 63803 KW2 . 38 . 05 .102203cos3 llIUPA1 . 68 .212922022PP ZUI(2)A5 .103P IIl 比较比较(1), (2)的结果的结果: 有的电动机有两种额定电压有的电动机有两种额定电压, 如如

16、220/380 V。此况下此况下,当电源电压为当电源电压为380 V时时, 电动机的饶组应联接成星形；电动机的饶组应联接成星形；当电源电压为当电源电压为220 V时时, 电动机的饶组应联接成三角形电动机的饶组应联接成三角形。在三角形和星形两种联接法中在三角形和星形两种联接法中, 相电压、相电流相电压、相电流以及功率都未改变以及功率都未改变，仅，仅三角形联接情况下的线电流三角形联接情况下的线电流比星形联接情况下的线电流增大比星形联接情况下的线电流增大 倍倍。3例例5: 线电压线电压Ul为为380 V的三相电源上，接有两组对称的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联接的电感性负载，每相三

17、相负载：一组是三角形联接的电感性负载，每相阻抗阻抗 ; 另一组是星形联接的电阻性另一组是星形联接的电阻性负载，每相电阻负载，每相电阻R =10 , 如图所示。试求：如图所示。试求：(1)各负载的相电流；各负载的相电流；(2) 电路线电流；电路线电流；(3) 三相有功功率。三相有功功率。 373 .36ZC ZYR设设解：解：V0380AB UV30220A U则则 A03-2210YAYA RUI A37-47.103736.30380ABAB ZUI A6713.1803-37347.10A I A7 .463830226713.18YAAA III一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电

18、流的相量图如图所示AUABUAYI AIAIKW4 . 21448095462238038 . 013.183803cos3cos3YY llllIUIUPPP 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s1、 s2 均闭合时，各电流表读数均为均闭合时，各电流表读数均为17.3A，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) s 1合、合、s2断开时断开时, 各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P； 3) s 1断、断、s 2闭合时闭合时, 各电流表读数和有功功率各电流表读数和有功功率P。例

19、例6：AAAS2ZABZBCAIA1IA2IPU+返回返回 某大楼电灯发生故障，第二层楼和第三层楼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，而第一层楼电灯亮度不变，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？这楼的电灯是如何联接的？同试问这是什么原因？这楼的电灯是如何联接的？同时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，时发现，第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些，这又是什么原因这又是什么原因？P 三三层层二层二层CU+一层一层 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，电压，所所以以亮度变暗，但一层楼的灯仍

20、承受亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不电压亮度不变。变。3. 因为因为三楼灯多于二楼灯即三楼灯多于二楼灯即 , 所以三楼灯比所以三楼灯比二楼灯暗。二楼灯暗。P 三层三层二层二层一层一层CU+图4.3.1 功率表及接线4.3.2 三相电路的功率测量三相电路的功率测量测量负载电压的线圈是一组可动线圈，匝数较多，线径较细，测量负载电压的线圈是一组可动线圈，匝数较多，线径较细，并串有高阻值的倍压器，测量时将它与负载并联连接；并串有高阻值的倍压器，测量时将它与负载并联连接；用于测量负载电流的线圈是一组固定线圈，匝数较少，线径较粗，用于测量负载电流的线圈是一组固定线圈，匝数较少，线径较粗，测量

21、时将它与负载串联连接。测量时将它与负载串联连接。 单相交流单相交流(或直流或直流)功率功率的测量的测量三相四线制对称负载三相四线制对称负载: 测出一相功率，再乘以测出一相功率，再乘以3， 三相四线制非对称负载三相四线制非对称负载: 可采用三表法分别先测量可采用三表法分别先测量各相的功率，再相加就是三相负载的总功率。各相的功率，再相加就是三相负载的总功率。三相三线制三相三线制: 不论负载为三角形或星形联接，也不论负载是否不论负载为三角形或星形联接，也不论负载是否对称，一般均可采用两表法来测量三相功率。对称，一般均可采用两表法来测量三相功率。功率表的电流线圈功率表的电流线圈-线电流，线电流，电压线

22、圈电压线圈-线电压，线电压， 0321iii则三相瞬时功率为则三相瞬时功率为A 1B 2C 3AC1BC212pu iu iu iuuiuuipp（） （）用三相平均功率表示，即为用三相平均功率表示，即为 12AC 1BC2coscosPPPUIUIP1为功率表为功率表W1的读数，的读数，P2为功率表为功率表W2的读数；的读数； 为为 与与 的相位差，的相位差， 为为 与与 的相位差。的相位差。ACu1iBCu2i4.4 供电与用电水力水力发电厂发电厂升压变电所升压变电所220kV地区枢纽所地区枢纽所10kV至用户至用户配电所配电所10kV10kV升压升压变电所变电所220kV220kV220

23、kV输电线路输电线路220kV35kV35kV负荷负荷变电所变电所35kV火力火力发电厂发电厂10kV 为保证供电为保证供电的可靠性和安的可靠性和安全连续性，电全连续性，电力系统将各地力系统将各地区、各种类型区、各种类型的发电机变压的发电机变压器、输电线、器、输电线、配电和用电设配电和用电设备等连成一个备等连成一个环形整体。环形整体。图4.4.1 发电到用户的供电过程 适合于对那些用户点适合于对那些用户点分散且为大用电户的供电。分散且为大用电户的供电。这种供电方式可靠性高。这种供电方式可靠性高。低压配电低压配电图4.4.2 放射式供电线路 图4.4.3 树干式供电线路 用户点集中且位于变电站或

24、用户点集中且位于变电站或配电箱的同一侧，其间距离较短。配电箱的同一侧，其间距离较短。配电导线用量少，费用较低，且配电导线用量少，费用较低，且接线灵活，但可靠性差。接线灵活，但可靠性差。 一般经验数据为一般经验数据为In(11.4)IL ，对于裸导线，可选，对于裸导线，可选InIL；对于有绝缘外；对于有绝缘外套的导线，若在墙体内敷设时，可选套的导线，若在墙体内敷设时，可选In(1.21.4)IL 。 例如，电灯例如，电灯(或电阻元件或电阻元件)组，设功率为组，设功率为1kW时，则时，则IL=P/UP4.5A， 塑料单芯软铜导线截面为塑料单芯软铜导线截面为0.5mm2的的In为为8A，可以满足需要

25、；，可以满足需要； 对不同材质的导线规定了最高的容许温度。例如橡皮绝缘导线对不同材质的导线规定了最高的容许温度。例如橡皮绝缘导线和裸导线的最高容许温度分别为和裸导线的最高容许温度分别为650C和和700C。2. 按电压损失条件选择导线截面按电压损失条件选择导线截面*导线的选择导线的选择1. 按长期工作允许电流选择导线截面按长期工作允许电流选择导线截面0.3、0.5、0.75、1.0、1.5、2.5、4.0、6.0 mm2等。某校实验楼树形供电线路示意图某校实验楼树形供电线路示意图去教学楼去教学楼去宿舍去宿舍 食堂食堂干线干线干线干线干线干线 2 #生活区生活区配电柜配电柜 1 #教学区教学区配

26、电柜配电柜 3 #实验区实验区配电柜配电柜实验楼总实验楼总 配电箱配电箱X房间房间配电箱配电箱X房间房间配电箱配电箱分支线分支线分支线分支线分支线分支线2层配电箱层配电箱11层配电箱层配电箱1层配电箱层配电箱 1 #主配主配电柜电柜10kV去报告厅去报告厅实验楼实验楼配电变压器配电变压器配电柜配电柜(1) 违反违反“停电检修安全工作制度停电检修安全工作制度”，因误合闸造成，因误合闸造成 维修人员触电。维修人员触电。 (2) 违反违反“带电检修安全操作规程带电检修安全操作规程”，使操作人员触，使操作人员触 及电器的带电部分。及电器的带电部分。(3) 带电移动电器设备。带电移动电器设备。(4) 用

27、水冲洗或用湿布擦拭电气设备。用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。(6) 对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导 致触电。致触电。(5) 违章救护他人触电，造成救护者一起触电。违章救护他人触电，造成救护者一起触电。(1) 电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下 损坏和触电。损坏和触电。(2) 带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造 成维修人员触电。成维修人员触电。(3) 产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力 很低，容易造成触电。很低，

28、容易造成触电。(4) 生产工艺粗制滥造。生产工艺粗制滥造。(5) 电热器具使用塑料电源线。电热器具使用塑料电源线。 电力线突然断裂使行人触电；电力线突然断裂使行人触电； 狂风吹断树枝将电线砸断；狂风吹断树枝将电线砸断； 雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件 均会造成触电事故。均会造成触电事故。 是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。 是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等

29、。外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。 调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。途径等。 人体电阻因人而异，通常为人体电阻因人而异，通常为 104 105 ，当角质，当角质外层破坏时，则降到外层破坏时，则降到8001000 。人体允许的人体允许的安全工频电流安全工频电流: 10mA工频危险电流工频危险电流: 50mA 电流频率在电流频率在40Hz 60Hz对人体的伤害最大对人体的伤害最

30、大。 实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。 电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从左手到右脚的路径是最危险的。经从左手到右脚的路径是最危险的。 因此，把因此，把 36 V以下的电压定为安全电压。工厂以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。潮湿场所：电压。潮湿场所：24V和

31、和12V 电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。 (1) 电源中性点接地的单相触电电源中性点接地的单相触电R0mA50mA219P0Pb RRUI 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: 人体电阻人体电阻 1000 这时人体处于相电压下，危险较大。这时人体处于相电压下，危险较大。R对地绝对地绝缘电阻缘电阻Ib 人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻与输电线对地绝缘电阻R 的大小。的大小。 若输电线绝缘良好，绝缘电阻若输电线绝缘良好，绝缘电阻R 较大，对人体较大，对人体的危害性就减小。的危害性就减小。 但导线与地面间的绝缘可能不良（但导线与地面间的绝缘可能不良（ R 较小）较小），甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。（3 3）双相触电双相触电双相触电双相触电A3801000380b.RUIbl mA50mA380 这时人体处于线电压下，这时人体处于线电压下，Ib 当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，当电气设备内部绝缘损坏而