三相正弦交流电路知识概述

第十章三相正弦交流电路第十章三相正弦交流电路教学重点1.了解三相交流电源的产生和特点。2.掌握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。3.掌握对称三相负载Y联结和联结时，负载线电压和相电压、线电流和相电流的关系。4.掌握对称三相功率的计算方法。教学难点1.掌握三相电路线电压与相电压、线电流与相电流的相位关系。2.熟练分析与计算三相电路电压、电流、功率等。学时分配序号内容学时1第一节三相交流电源22第二节三相负载的连接

23第三节三相电路的功率

14第四节安全用电

5实验10.1三相负载的星形联结26实验10.2三相负载的三角形联结27本章小结18本章总学时10第十章三相正弦交流电路第一节三相交流电源第二节三相负载的联结第三节三相电路的功率第四节安全用电本章小结第一节三相交流电源一、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动画M10-1

三相交流电

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(t120)第三相(W相)电动势：e3=Emsin(t

120)显然，有e1

e2

e3=0。波形图与相量图如图10-1所示。图10-1对称三相电动势波形图与相量图

2．相序三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。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)接法和三角形(亦称）联结两种。1．三相电源的星形(Y形)联结将三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，这种连接方法叫做星形(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引出的三根导线叫作端线或相线，俗称火线，任意两个火线之间的电压叫做线电压。Y公共连接点N叫作中性点，从中点引出的导线叫做中性线或零线。由三根相线和一根中性线组成的输电方式叫做三相四线制(通常在低压配电中采用)。每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中线之间的电压)叫做相电压，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。相电压大小(有效值)均为U1=U2=U3=UP

图10-3相电压与线电压的相量图

任意两相始端端之间的电压压(即火线与火线线之间的电压压)叫做线电压，它们的瞬时时值用u12、u23、u31来表示。Ｙ接接法的相量图图如图10-3所示示。显然三个线电电压也是对称称的。大小(有效值)均为线电压比相应应的相电压超超前30，如线电压u12比相相电电压压u1超前前30，线线电电压压u23比相相电电压压u2超前前30，线线电电压压u31比相相电电压压u3超前前30。2．三相相电电源源的的三三角角形形(形)联结结将三三相相发发电电机机的的第第二二绕绕组组始始端端V1与第第一一绕绕组组的的末末端端U2相连连、、第第三三绕绕组组始始端端W1与第第二二绕绕组组的的末末端端V2相连连、、第第一一绕绕组组始始端端U1与第第三三绕绕组组的的末末端端W2相连连，，并并从从三三个个始始端端U1、V1、W1引出出三三根根导导线线分分别别与与负负载载相相连连，，这这种种连连接接方方法法叫叫做做三三角角形形(形)联结结。。显显然然这这时时线线电电压压等等于于相相电电压压，，即即UL=UP这种种没没有有中中性性线线、、只只有有三三根根相相线线的的输输电电方方式式叫叫做做三相相三三线线制制。特别别需需要要注意意的是是，，在在工工业业用用电电系系统统中中如如果果只只引引出出三三根根导导线线(三相相三三线线制制)，那那么么就就都都是是火火线线(没有有中中性性线线)，这这时时所所说说的的三三相相电电压压大大小小均均指指线线电电压压UL；而而民民用用电电源源则则需需要要引引出出中中性性线线，，所所说说的的电电压压大大小小均均指指相相电电压压UP。【例例10-1】】已已知知发发电电机机三三相相绕绕组组产产生生的的电电动动势势大大小小均均为为E=220V，，试试求求：：(1)三相相电电源源为为Y联联结结时时的的相相电电压压UP与线线电电压压UL；(2)三相相电电源源为为联联结结时的的相相电电压压UP与线线电电压压UL。解：：(1)三相相电电源源Y联结结：：相相电电压压UP=E=220V，线线电电压压(2)三相电源源联结：：相电电压UP=E=220V，线线电压压UL=UP=220V第二节节三三相相负载载的联联结一、负负载的的星形形联结结二、负负载的的三角角形联联结一、负负载的的星形形联结结三相负负载的的星形形联结结如图图10-4所示。。图10-4三相负载的星形联结

该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路被图片叠压，在这种电路中三相电源也是必须是Y联结，所以又叫做Y－Y接法的三相电路。显然不管负载是否对称(相等)，电路中的线电压UL都等于负载相电压UYP的倍，即负载的的相电电流IYP等于线线电流流IYL，即IYL=IYP当三相相负载载对称时，即即各相相负载载完全全相同同，相相电流流和线线电流流也一一定对对称(称为Y－Y形对称称三相相电路路)。即各各相电电流(或各线线电流流)振幅相相等、、频率率相同同、相相位彼彼此相相差120，并且且中性性线电电流为为零。。所以以中性性线可可以去去掉，，即形形成三三相三三线制制电路路，也也就是是说对对于对对称负负载来来说，，不必必关心心电源源的接接法，，只需需关心心负载载的接接法。。【例10-2】】在负负载作作Y联联结的的对称称三相相电路路中，，已知知每相相负载载均为为|Z|=20，设线线电压压UL=380V，试试求：：各相相电流流(也就是是线电电流)。解：在对称称Y负负载中中，相相电压压相电流流(即线电电流)为二、负负载的的三角角形联联结负载做做联结时时只能能形成成三相相三线线制电电路，，如图图10-5所示。。图10-5三相负载的三角形联结

显然不不管负负载是是否对对称(相等)，电路路中负负载相相电压压UP都等于于线电电压UL，即UP=UL当三相相负载载对称时，即即各相相负载载完全全相同同，相相电流流和线线电流流也一一定对对称。。负载载的相相电流流为线电流IL等于相电流IP的倍，即【例10-3】】在在对称称三相相电路路中，，负载载作形联接接，已已知知每相相负载载均为为|Z|=50，设线线电压压UL=380V，试试求各各相电电流和和线电电流。。解：在在联结负负载中中，相相电压压等于于线电电压，，即UP=UL，则相相电流流线电流流【例10-4】三三相相发电电机是是星联联结，，负载载也是是星形形联结结，发发电机机的相相电压压Up=1000V，，每相相负载载电阻阻均为为R=50k，XL=25k。试求求：(1)相电流流；(2)线电电流流；；(3)线电电压压。。解：(1)

相电流(2)线电电流流IL=IP=17.9mA(3)线电压第三三节节三三相相电电路路的的功功率率三相相负负载载的的有有功功功功率率等等于于各各相相功功率率之之和和，，即即P=P1P2P3在对对称称三三相相电电路路中中，，无无论论负负载载是是星星形形联联结结还还是是三三角角形形联联结结，，由由于于各各相相负负载载相相同同、、各各相相电电压压大大小小相相等等、、各各相相电电流流也也相相等等，，所所以以三三相相功功率率为为其中中为对对称称负负载载的的阻阻抗抗角角，，也也是是负负载载相相电电压压与与相相电电流流之之间间的的相相位位差差。。三相电路的功功率因数为【例10-5】有一一对称三相负负载，每相电电阻为R=6，电抗X=8，三相电源的的线电压为UL=380V。求：(1)负载做星形联联结时的功率率PY；(2)负载做三角形形联结时的功功率P。解：每相阻抗抗均为功率因数(1)负载做星形联联结时：相电压

线电流等于相电流

负载的功率相电压等于线电压

UP=UL=380V相电流

线电流IL=IP=66A负载的功率为PY的3倍(2)负载做三角形联结时：第四节安全全用电一、电流对人人体的作用二、常用的安安全措施一、电流对人人体的作用人体因触及高高电压的带电电体而承受过过大的电流，，以致引起死死亡或局部受受伤的现象称称为触电。触电对人体体的伤害程度度，与流过人人体电流的频频率、大小、、通电时间的的长短、电流流流过人体的的途径、以及及触电者本人人的情况有关关。触电事故表明明，频率为50~100Hz的电流流最危险，通通过人体的电电流超过50mA(工频)时，就会产生生呼吸困难触电伤人的主主要因素是电电流，但电流流值又决定于于作用到人体体上的电压和和人体的电阻阻值。通常人体的电电阻为800至几万欧不等等。通常规定定36V以下的电电压为安全电压，对人体安全全不构成威胁胁。常见的触电方方式有单相触电和两相触电。人体同时接接触两根相线线，形成两相相触电，这时时人体受380V的的线电压作作用，最为危危险。单相触电是人人体在地面上上，而触及一一根相线，电电流通过人体体流入大地造造成触电。此此外，某些电电气设备由于于导电绝缘破破损而漏电时时，人体触及及外壳也会发发生触电事故故。二、常用的安安全措施为防止发生触触电事故，除除应注意开关关必须安装在在火线上以及及合理选择导导线与熔丝外外，还必须采采取以下防护护措施。(1)正确安装用电电设备电电气设备要根根据说明和要要求正确安装装，不可马虎虎。带电部分分必须有防护护罩或放到不不易接触到的的高处，以防防触电。(2)电气设备的保保护接地把把电气设备备的金属外壳壳用导线和埋埋在地中的接接地装置连接接起来，叫做做保护接地，适用于中性性点不接地的的低压系统中中。电气设备备采用保护接接地以后，即即使外壳因绝绝缘不好而带带电，这时工工作人员碰到到机壳就相当当于人体和接接地电阻并联联，而人体的的电阻远比接接地电阻大，，因此，流过过人体的电流流就很微小，，保证了人身身安全。(3)电气设备的保保护接零保护接零就是在电源中中性点接地的的三相四线制制中，把电气气设备的金属属外壳与中性性线连接起来来。这时，如如果电气设备备的绝缘损坏坏而碰壳，由由于中性线的的电阻很小，，所以，短路路电流很大，，立即使电路路中的熔丝烧烧断，切断电电源，从而消消除触电危险险。(4)使用漏电保护护装置漏漏电保护装置置的作用主要要是防止由漏漏电引起的触触电事故和单单相触电事故故；其次是防防止由漏电引引起火灾事故故以及监视或或切除一相接接地故障。有有的漏电保护护装置还能切切除三相电动动机的断相运运行故障。本章小结本章介绍了电电路的基本概概念，内容包包括：一、三相电源二、三相负载载三、三相功率率四、安全用电电最大值相等、、频率相同，，在相位上彼彼此相差120的三个电动势势称为对称三三相电动势。。对称三相电动动势瞬时值的的数学表达式式为第一相(U相)电动势：e1=Emsin(t)第二相(V相)电动势：e2=Emsin(t120)第三相(W相)电动势：e3=Emsin(t120)三相电源中的的绕组有星形形(亦称Y)联结和三角形形(亦称)联结两种。一、三相电源源1.三相负载的Y联结在三相四线制电路，线电压UL是负载相电压UYP的倍，即负载的相电流流IYP等于线电流IYL，即IYL=IYP当三相负负载对称时，即各各相电流流(或各线电电流)最大值相相等、频频率相同同、相位位彼此相相差120，并且中中线电流流为零。。所以中中线可以以去掉，，即形成成三相三三线制电电路。二、三相相负载2．三相负载载的联结负载做联结时只只能形成成三相三三线制电电路。显显然不管管负载是是否对称称(相等)，电路中中负载相相电压UP都等于线线电压UL，即UP=UL当三相负负载对称时，相电电流和线线电流也也一定对对称。负负载的相相电流为为线电流IL等于相电流IP的倍，即

IL=

IP三相负载载的有功功功率等等于各相相功率之之和，即即P=P1P2P3在对称三三相电路路中，无无论负载载是星形形联结还还是三角角形联结结，由于于各相负负载相同同、各相相电压大大小相等等、各相