中职-电工基础-10三相正弦交流电.课件

1、第十章三相正弦交流电路10.1 三相交流电源10.4安全用电10.3 三相电路的功率10.2 三相负载的连接10.1三相交流电源一、三相交流电动势的产生二、三相电源的连接一、三相交流电动势的产生1对称三相电动势振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差 120 的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 第一相(U 相)电动势： e1 = Emsin t 第二相(V 相)电动势： e2 = Emsin( t 120) 第三相(W 相)电动势：e3 = Emsin( t 120)显然，有 e1 e2 e3= 0。波形图与矢量图如图 10-1 所示。图 10-1对称三相电动势波形

2、图与矢量图 2相序三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序称为相序。e1 比 e2 超前 120 ，e2 比e3 超前 120 ，而 e3 又比 e1 超前120 ，称这种相序称为正相序或顺相序；反之，如果e1比 e3 超前 120 ，e3 比 e2 超前 120 ， e2 比 e1 超前 120，称这种相序为负相序或逆相序。相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出 U 相，用绿色标出 V 相，用红色标出 W 相。二、三相电源的连接三相电源有星形(亦称 Y形 )联结和三角形(亦称 形）联结两种。1三相电源的星形( Y 形)联结 将三

3、相发电机三相绕组的末端 U2、V2、W2 (相尾)连接在一点，始端 U1、V1、W1 (相头)分别与负载相连，这种连接方法称为星形(Y 形)联结。如图 10-2 所示。 图 10-2三相绕组的星形联结 从三相电源三个相头 U1、V1、W1 引出的三根导线称为端线或相线，俗称火线，任意两个火线之间的电压称为线电压。Y 形联结的公共连接点 N 称为中性点，从中点引出的导线称为中性线或零线。由三根相线和一根中性线组成的输电方式称为三相四线制(通常在低压配电中采用)。每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中性线之间的电压)称为相电压，它们的瞬时值用 u1、u2、u3 来表示，显然这三个相电压也是对称的

4、。相电压大小(有效值)均为U1 = U2 = U3 = UP 图 10-3相电压与线电压的矢量图 任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压)称为线电压，它们的瞬时值用 u12、u23、u31 来表示。接法的矢量图如图 10-3 所示。 显然三个线电压也是对称的。大小(有效值)均为线电压比相应的相电压超前 30 ，如线电压 u12 比相电压 u1 超前 30 ，线电压 u2 3 比相电压 u2 超前 30 ，线电压 u31 比相电压 u3 超前 30 。2三相电源的三角形( 形)联结 将三相发电机的第二绕组始端 V1 与第一绕组的末端 U2 相连，第三绕组始端 W1 与第二绕组的末端 V2

5、 相连，第一绕组始端 U1 与第三绕组的末端 W2 相连，并从三个始端 U1、V1、W1 引出三根导线分别与负载相连，这种连接方法称为三角形(形)联结。显然这时线电压等于相电压，即UL = UP这种没有中性线，只有三根相线的输电方式称为三相三线制。 特别需要注意的是，在工业用电系统中如果只引出三根导线(三相三线制)，那么就都是火线(没有中性线)，这时所说的三相电压大小均指线电压 UL ；而民用电源则需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压 UP 。 【例10-1】已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为 E = 220 V，试求：(1) 三相电源为 Y形 联结时的相电压 UP 与线电压 UL；(

6、2) 三相电源为 形联结时的相电压 UP 与线电压 UL 。 解：(1) 三相电源 Y 形联结：相电压 UP = E = 220 V，线电压 (2) 三相电源 形联结：相电压 UP = E = 220 V，线电压UL = UP = 220 V10.2三相负载的连接1 三相电压2 负载星形联结的三相电路 3 负载三角形联结的三相电路W1U2V1U1V2SN+_+W2 图5.1.1 三相交流发电机示意图1 三相电压1. 三相电压的产生工作原理：动磁生电+_eeU1U2 图5.1.2 三相绕组示意图图5.1.3 每相电枢绕组定子转子(尾端)+e1e2e3U1(首端)+ U2V2V1W1W2三相电压瞬

7、时表示式相量表示铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120: 直流励磁的电磁铁定子转子发电机结构相量图波形图相量表示U2U1 . .120120120U3 .三相电压瞬时表示式uOu1u2u32120240360对称三相电动势的瞬时值之和为 0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为 L1 L2 L3 N L2 L3L1NU1V1W12. 三相电源的星形联结(1) 联接方式中性线(零线、地线)中性点端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。相电压：端线与中性线间

8、（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压 Up Ul+(2)线电压与相电压的关系根据KVL定律由相量图可得相量图 30L1NL2L3+同理3. 三相电源的三角形联结+L2L1L32 负载星形联结的三相电路三相负载不对称三相负载： 不满足 Z1 =Z2 = Z3 如由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2= Z3 如三相电动机1. 三相负载分类单相负载：只需一相电源供电 照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电 三相电动机等三相负载的联接 三相负载也有 Y和 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确定。三相负载连接原则 (1) 电源提供的电压=负

9、载的额定电压； (2) 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L1L2电源L3保险丝三相四线制380/220伏N 额定相电压为220伏的单相负载 额定线电压为380伏的三相负载+NN+Z1Z2Z3 2. 负载星形联结的三相电路线电流：流过端线的电流相电流：流过每相负载的电流结论： 负载 Y联结时，线电流等于相电流。Y: 三相三线制Y0：三相四线制(1) 联结形式N 电源中性点N负载中性点(2) 负载Y联结三相电路的计算1)负载端的线电压电源线电压2)负载的相电压电源相电压3)线电流相电流Y 联结时：4)中线电流负载 Y 联结带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算+NN+Z1Z2Z3+NN+Z

10、1Z2Z3负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。(3)对称负载Y 联结三相电路的计算所以负载对称时，三相电流也对称。 负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。例1：灯组，若R1=R2= R3 = 5 ，求线电流及中性线电流IN ; 若R1=5 , R2=10 , R3=20 ,求线电流及中性 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压 。负载为电线电流 IN 。N+NR1R2R3L1L2L3中性线电流解：已知：(1) 线电流 三相对称N+NR1R2R3L1L2L3(2) 三相负载不对称（R1=5 、R2=10 、R3=20 ） 分别计算各线电流中性线电流例2：照

11、明系统故障分析解: (1) A相短路1) 中性线未断 此时 L1 相短路电流很大, 将L1相熔断丝熔断, 而 L2 相和 L3 相未受影响，其相电压仍为220V, 正常工作。 在上例中，试分析下列情况 (1) L1相短路: 中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。 (2) L1相断路: 中性线未断时，求各相负载电压； 中性线断开时，求各相负载电压。 R1R3R2L1L2NL3N L1L2NL3Ni1i3i2+ 此情况下，L2相和L3相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压(220V) ，这是不允许的。 2) L1相短路, 中性线断开时, 此时负载中性点N即为L1,

12、 因此负载各相电压为 (2) L1相断路 2) 中性线断开 L2 、 L3相灯仍承受220V电压, 正常工作。1) 中性线未断变为单相电路，如图(b)所示, 由图可求得iL2L3u2u3+(b) R1R3R2L1L2NL3N结论 （1）不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 （3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀闸开关。 1. 联结形式3 负载三角形联结的三相电路线电流: 流过端线的电流相电流: 流过每相负载的电流 、 、L1+L

13、2L3i1i2i3Z31Z12Z23线电流不等于相电流(2) 相电流(1) 负载相电压=电源线电压即: UP = Ul 一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 即2. 分析计算相电流：线电流： U12=U23=U31=Ul=UPL1+i1i2i3Z31Z12Z23L2L3相量图23123130负载对称时, 相电流对称，即23(3) 线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即 。 线电流比相应的相电流滞后30。231231三相负载的联接原则负载的额定电压 = 电源的线电压应作 联结负载的额定电压 = 电源线电压应作 Y 联结 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源

14、的联接方式无关。 三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形(具有中性线)。4 三相功率无论负载为 Y 或联结，每相有功功率都应为 Pp= Up Ip cosp对称负载 联结时： 同理对称负载Y联结时：相电压与相电流的相位差当负载对称时：P = 3Up Ipcosp所以 有一三相电动机, 每相的等效电阻R = 29, 等效 感抗XL=21.8, 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，并比较所得的结果： (1) 绕组联成星形接于Ul =380 V的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于Ul =220 V的三相电源上。例1:解:(1)(

15、2) 比较(1), (2)的结果: 有的电动机有两种额定电压, 如220/380 V。当电源电压为380 V时, 电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220 V时, 电动机的绕组应联结成三角形。在三角形和星形两种联结法中, 相电压、相电流以及功率都未改变，仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大 倍。例2:各电阻负载的相电流 由于三相负载对称，所以只需计算一相，其它两相可依据对称性写出。L1L2L3 线电压Ul为380 V的三相电源上，接有两组对称三相负载：一组是三角形联结的电感性负载，每相阻抗 ; 另一组是星形联结的电阻性负载，每相电阻R =10, 如图所示。试求：各组负载的

16、相电流；(2) 电路线电流；(3) 三相有功功率。设解：负载星形联接时，其线电流为负载三角形联解时，其相电流为(2) 电路线电流一相电压与电流的相量图如图所示一相电压与电流的相量图如图所示(3) 三相电路的有功功率-30o-67o-46.7o 三相对称负载作三角形联结，Ul =220V，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率 P = 4.5 kW，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P； 3) S 1断、S 2闭合时, 各电流表读数和有功功率P。例3：AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2或：P =I 2R P

17、=UIcostg =XL / R 解：(1) 由已知条件可求得AZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2(2) S1闭合、S2断开时 I1 = I3 = 10A I2 =17.32 A 流过电流表 L1 、 L3的电流变为相电流 IP，流过电流表L2 的电流仍为线电流Il 。因为开关S均闭合时 每相有功功率 P =1.5 kW 当 S1合、S2断时，Z12、Z23 的相电压和相电流不变，则P12、P23不变。P = P12+P23 = 3 kWAZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2A2 = 0A (3) S1断开、 S2闭合时变为单相电路Z12Z23Z31L1L3I1I2 I1 仍为相

18、电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。 A1=A3 =10 A+ 5 A= 15A I2 变为 1/2 IP，所以 L1L2、 L2L3 相的功率变为原来的1/4 。 P = 1/4 P12+ 1/4 P23 +P31 = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kWAZ31AAS1S2Z12Z23L3L1L2 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明，需装40瓦 日光灯210盏(cos1=0.5)，60瓦白炽灯90盏(cos2=1), 它们的额定电压都是220V，由380V/220V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？例4：解: (1)

19、 该照明系统与电网连接图NL130盏+70盏L2L3解: (1) 该照明系统与电网连接图V (2) 计算线电流U .设 =220 0NL130盏+70盏L2L3L1N三层二层一层+L2L3例5： 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，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，这又是什么原因？解: (1) 本系统供电线路图P (2) 当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压，所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变。(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三楼灯比二楼灯暗

20、。解：(1)本系统供电线路图PL1N三层二层一层+L2L310.4安全用电一、电流对人体的作用二、常用的安全措施一、电流对人体的作用人体因触及高电压的带电体而承受过大的电流，以致引起死亡或局部受伤的现象称为触电。触电对人体的伤害程度，与流过人体电流的频率、大小、通电时间的长短、电流流过人体的途径以及触电者本人的情况有关。 触电事故表明，频率为 50 100 Hz 的电流最危险，通过人体的电流超过 50 mA(工频)时，就会产生呼吸困难、肌肉痉挛、中枢神经遭受损害从而使心脏停止跳动以至死亡，电流流过大脑或心脏时，最容易造成死亡事故。触电伤人的主要因素是电流，但电流值又决定于作用到人体上的电压和人

21、体的电阻值。通常人体的电阻为 800 至几万欧不等。通常规定 36 V 以下的电压为安全电压，对人体安全不构成威胁。 常见的触电方式有单相触电和两相触电。人体同时接触两根相线，形成两相触电，这时人体受 380 V 的线电压作用，最为危险。单相触电是人体在地面上，而触及一根相线，电流通过人体流入大地造成触电。此外，某些电气设备由于导电绝缘破损而漏电时，人体触及外壳也会发生触电事故。二、常用的安全措施为防止发生触电事故，除应注意开关必须安装在相线上以及合理选择导线与熔丝外，还必须采取以下防护措施。 (1)正确安装用电设备 电气设备要根据说明和要求正确安装，不可马虎。带电部分必须有防护罩或放到不易接触到的高处，以防触电。(2)电气设备的保护接地 把电气设备的金属外壳用导线和埋在地中的接地装置连接起来，称为保护接地，适用于中性点不接地的低压系统中。电气设备采用保护接地以后，即使外壳因绝缘不好而带电，这时工作人员碰到机壳就相当于人体和接地电阻并联，而人体的电阻远比接地电阻大，因此，流过人体的电流就很微小，保证了人身安全。(3)电气设备的保护接零 保护接零就是在电源中性点接地的三相四线制中，把电气设备的金属外壳与中性线连接起来。这时，如果电气设备的绝缘损坏而碰