第4章三相交流电路

第4章三相电路4.1

三相电压4.2

负载星形联结的三相电路4.3

负载三角形联结的三相电路4.4

三相功率

概述

目前电力工程上普遍采用三相制供电。

由三个幅值相等、频率相同（我们国家电网频率为50HZ)彼此之间相位互差120°的正弦电压所组成的供电系统。

前面讲的交流电路，实际是三相电路的一相，因而称单相交流电路。三相制供电比单相制供电优越在发电方面：容量大在输电方面：节省材料在用电设备方面：结构简单、体积小、运行特性好因而三相制是目前世界各国的主要供电方式。

利用燃煤(或石油、天然气)燃烧使汽轮机转动。火电厂生产过程：化学能热能机械能电能利用水的流量和落差使水轮机转动。

生产过程：水能机械能电能水电站核电站利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动

生产过程：原子能机械能电能

生产过程：风能机械能电能风力发电站风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，來促使发电机发电。依据目前的风车技术，大約是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。

生产过程：潮汐能机械能电能潮汐发电站潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能发电的过程。具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。

变电所可分为：升压变电所、降压变电所、区域变电所、终端变电所等。变电所电力线路分有输电线路和配电线路。由于发电厂一般都远离用电中心，所以必须用高压输电；为了确保用户安全用电，还必须降压配置为用户所需的各种电压。电力线路对称三相正弦量（一）一、对称三相电源的产生A、B、C三端称为始端，X、Y、Z三端称为末端。NSººIwA

ZB

XC

Y三相同步发电机示意图三个感应电压的关系频率，有效值相等相位差120

有效值或相位差不满足上述条件时则称为不对称三相正弦量。三相交流发电机主要组成部分：电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面有槽，放入三相电枢绕组。磁极三相绕组n单相绕组（是转动的，亦称转子）三相绕组的三相电动势幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120°。+++–+SN铁心绕组AX–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN–+SN三相交流发电机三相定子绕组对称嵌放在定子铁心槽中。定子铁心尾端：

XYZ↓↓↓三相电源的连接方式三相交流电是由三相发电机产生的。发电机主要由定子和转子两大部分构成。AXBYCZ定子绕组首端：

ABC+－转子铁心转子绕组转子绕组通电后产生磁场。转轴NS三相定子绕组与旋转磁场相切割，感应对称三相电动势。原动机带动转子绕轴旋转，形成气隙旋转磁场。由于电机结构的原因,这三相绕组所发出的三相电动势幅值相等,频率相同,彼此之间相位相差120°。分别表示为A、B、C三相。相量形式对称三相正弦量（二）1.瞬时值表达式B+–YuB

A+–XuA

C+–ZuC

对称三相正弦量（二）3.波形图2.相量图120°120°120°对称三相正弦量（三）4.对称三相电源的特点t

0uA

uB

u

uC

三相电动势的特征：

大小相等，频率相同，相位互差120º。对称三相正弦量（四）正序(顺序)A超前于B，B超前于C逆序(逆序)A超前于C，C超前于BABC

ABC

5.相序：各相电源经过同一值(如正最大值)的先后顺序在电力系统中一般用黄、绿、红区别A、B、C三相NABCABCBCA+–X+–+–YZA+–X+–+–BCYZ名词介绍(1)端线（火线）：从始端引出的导线(2)中性点N：三个末端的节点(3)中线：从中性点引出的导线(4)线电流：流过端线的电流。(5)相电流：流过电源每一相的电流。三相电源和三相负载的连接NABCABCBCA+–X+–+–YZA+–X+–+–BCYZ名词介绍：(6)线电压：两根端线间的电压。(7)相电压：端线与中线间的电压。(8）三相四线制：有中线，可提供两组对称三相电压。(9）三相三线制：无中线，只能提供一组对称电压。二、对称三相电源Ｙ接的特点（一）1、星形联接N中点或零点N

把发电机三相绕组的末端接成一点。而把始端作为与外电路相联接的端点。火线中线或零线火线火线线电压相电压目前，我国供电系统线电压380V，相电压220V。

三相四线制N中点或零点N火线中线或零线火线火线线电压相电压根据KVL：各线电压与相电压之间的关系为:三相电源各电压间的相量关系UA•UC•UB•30o30o30o线电压的有效值用表示,相电压的有效值用Up表示。由相量图可知它们的关系为:星形连接的对称三相电源结论：(2)相电压对称，则线电压也对称。(4)线电压相位领先对应相电压30o。(1)即线电流等于对应的相电流。二、对称三相电源Ｙ接的特点（二）A+–+–+–BCABCN二、对称三相电源Ｙ接的特点（三）30o

30o

30o

A+–+–+–BCABCNABCN2.

Δ形联结发电机三相绕组依次首尾相联，引出三条线，称为三角形联结。三、对称三相电源△接的特点（一）短路+–E三个电源串接能否造成短路？直流电源行吗？A•XYZBC••问题讨论•••+++---EEE直流电源串接不行，三相交流电源可以，为什么？A•XYZBC••Em三相交流电源中三个电源可以串接的原因在于：

三个电源的电压任何瞬间相加均为零。三、对称三相电源△接的特点（二）(2)相电流对称，则线电流也对称。(4)线电流相位落后对应相电流30o。(1)线电压等于对应的相电压。连接的对称三相电源结论：交流电路中的用电设备，大体可分为两类：

一类是需要接在三相电源上才能正常工作的叫做三相负载,如果每相负载的阻抗值和阻抗角完全相等，则为对称负载，如三相电动机。

另一类是只需接单相电源的负载，它们可以按照需要接在三相电源的任意一相相电压或线电压上。对于电源来说它们也组成三相负载，但各相的复阻抗一般不相等，所以不是三相对称负载。如照明灯。四、三相负载的联接星形接法ACB

NZZZ三角形接法ACBZZZ•••三相负载也有两种接法:三相电路中的电流相电流----每相负载中的电流线电流----每根相线中的电流NABCCZBZAZ1.Y形联结星形接法特点相电流=线电流:零线电流NABC线电压=相电压,线电压领先于相电压30°。uABACBuCAuBC

三相三线制iBiCiNiAN负载中电流:

中性线中的电流为:若负载对称，即对称负载可以去掉中线。N如果三相负载对称,中线中无电流,故可将中线除去,而成为三相三线制系统。

但是如果三相负载不对称,中线上就会有电流IN通过,此时中线是不能被除去的,否则会造成负载上三相电压严重不对称,使用电设备不能正常工作。三相负载的Y联结（一）图5－6(a)三相四线制电路1.三相四线制电路三相负载的Y联结（二）2．三相三线制电路图5－6(b)负载为Y形连接的三相三线制电路负载星形接法时的一般计算方法解题思路：

一般线电压为已知，然后根据电压和负载求电流。NABCCZBZAZ2、负载的三角形联接（△形）特点：线电压=相电压ACB各电流的计算ACBZABZBCZCA相电流线电流负载对称时三角形接法的特点ACB显然三个线电流也对称，若有效值用Il表示，则有IA=IB=IC=Il，且；相位上，线电流滞后相应的相电流30o。

三相负载的△联结图5-7三角形联结负载三相电路的功率

即：1、有功功率又称平均功率，在三相电路中，三相负载吸收的总共率等于各相负载吸收的有功功率之和。

在对称电路中,则有：式中星形接法时：三角形接法时：有2.无功功率Q=QA+QB+QC3.视在功率功率因数也可定义为：

cos=P/S(不对称时无意义)一般来讲，P、Q、S都是指三相总和。4.瞬时功率表明：对称三相制的瞬时功率是一个常量，等于平均功率。5.三相功率的测量(对称，不对称)(1)三表法：若负载对称，则需一块表，读数乘以3。*三相负载W3W2W1ABCN*****(2)双功率表法：若W1的读数为P1，W2的读数为P2，则P=P1+P2

即为三相总功率。应当指出的是，用双功率表测量三相三线制的功率时，虽然两个功率表读数的代数和等于三相的总功率，但无论那一个的读数都没有意义，并且两个功率表的读数一般也不相等。三相负载W1ABC****W2三相交流电路的小结--三相电源三相三线制三相四线制ACBNACB三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。三相电源和负载都对称时，可用三相三线制接法。三相交流电路的小结--三相负载星形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ三相交流电路的小结--三相功率计算三相总功率：负载对称时：和接法无关4.3

负载三角形联结的三相电路【例4.3.1】在图1.4.14所示的负载不对称电路中，已知:Ul=380V，Z12=100Ω、Z23=j100Ω、Z31=-j100Ω，求各相电流及功率P。【解】设则其它两线（相）电压依次为各相电流分别为4.3

负载三角形联结的三相电路则各线电流为【例4.3.1】电路的功率：则故4.3

负载三角形联结的三相电路【例4.3.2】如图1.4.14所示电路，负载对称三角形联结，已知:每相的电阻R=60Ω，感抗X=80Ω，设u12=537sintV，求电流及电路功率P。【解】Ulm=537V则Ul=Up=380V每相阻抗Z为由相量形式欧姆定律得4.3

负载三角形联结的三相电路【例4.3.2】根据对称关系，则其它两相电流为线电流分别为4.3

负载三角形联结的三相电路【例4.3.2】电路的功率P为因此即其中

作业

P92例4.4.1P934.01、选择：4.03上一页退出返回本章结束补充知识1-发配电概况电能是由发电厂产生，通过输电线作远距离或近距离的输送。电力生产的过程，就是利用水能、煤、核能、风能等一次能源转化为效率高、易传输、适用面广的电能，由于电能是由一次能源经人类加工而得到的，因此把电能称为二次能源。电能都是由发电厂的发电机产生的；电能向外输送时必须经过升压和变电；输送电能需用不同电压等级的输配电设备；最后由用户接收和使用电能。电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户电力系统中发电机、变压器、电力线路和用电设备等的投入和撤除都是在一瞬间完成的，所以，电力系统中电能的生产、输送、分配和消费是同时进行的。(1)电流对人体的危害补充知识2-安全用电触电：当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象。触电依伤害程度不同可分为电击和电伤两种。电击：指电流触及人体而使内部器官受到损害，它是最危险的触电事故。当电流通过人体时，轻者使人体肌肉痉挛，产生麻电感觉，重者会造成呼吸困难，心脏麻痹，甚至导致死亡。电击多发生在对地电压为220V的低压线路或带电设备上，因为这些带电体是人们日常工作和生活中易接触到的。电伤：由于电流的热效应、化学效应、机械效应以及在电流的作用下使熔化或蒸发的金属微粒等侵入人体皮肤，使皮肤局部发红、起泡、烧焦或组织破坏，严重时更能危及人命。电伤多发生在1000V及1000V以上的高压带电体上。(2)伤害程度与电流强度之间的关系对于工频交流电，按照人体对所通过大小不同的电流所呈现的反应，通常可将电流划分为三级。名称定义大小男子女子感知电流引起感觉的最小电流1.1mA0.7mA摆脱电流人触电后能自主摆脱电源的最大电流9mA6mA致命电流在较短时间内引起心室颤动、危及生命的电流与通电时间有关缺乏电气安全常识；违反操作规程；设备不合格；维修维护不及时；偶然因素等。触电原因触电急救措施如果触电地点附近有电源，可立即断开开关、拔下插头或熔断器等。如果事故现场离电源太远，可用有绝缘柄的电工钳或有干燥木柄的斧头切断电线。对于低压触电事故：当电线搭接在触电者身上或被压在身下时，可使用非导电体，如木棒、竹竿、塑料棍等，去拨开电源。应立即电话通知有关部门停电。带上绝缘手套，穿上绝缘靴，用相应电压等级的绝缘工具拉开高压开关抛掷裸金属导线使线路短路、接地，迫使保护装置动作，断开电源。（1）救护人不可直接用手或其他导电及潮湿的物件作为救护工具，必须使用适当的绝缘工具。注意（2）要防止触电者脱离电源后可能的摔伤。对于高压事故3.人体触电的形式单相触电在人体与大地之间互不绝缘情况下，人体的某一部位触及到三相电源线中的任意一根导线，电流从带电导线经过人体流入大地而造成的触电伤害。单相触电又可分为中性线接地和中性线不接地两种情况。左图为中性点接地系统的单相触电；右图为中性点不接地系统的单相触电。火线零线单相触电电流通过的路径电流通过人体的心脏，肺部、和中枢神经系统的危险性比较大，特别是电流通过心脏时危险最大。所以从手到脚的电流途径最为危险。两相触电在两相触电，也叫相间触电，这是指在人体与大地绝缘的情况下，同时接触到两根不同的相线，或者人体同时触及到电气设备的两个不同相的带电部位时，电流由一根相线经过人体到另一根相线，形成闭合回路，如图所示。两相触电情境两相触电比单相触电更危险，因为此时加在人体心脏上的电压是线电压！哈！……啊！……双线触电跨步电压触电

输电线路火线断线落地时，落地点的电位即导线电位，电流将从落地点流入地中。离落地点越远，电位越低。根据实际测量，在离导线落地点20m以外的地方，由于入地电流非常小，地面的电位近似等于零。如果有人走近导线落地点附近，由于人的两脚电位不同，则在两脚之间出现电位差，这个电位差叫作跨步电压。距离电流入地点越近，人体承受的跨步电压越大；距离电流入地点越远，人体承受的跨步电压越小;在20m以外，跨步电压很小，可以看作为零。U学生宿舍私用电器现象成为安全隐患不要在输电线附近搭晒湿衣服！不要随便扯拉电线！不要用湿毛巾擦洗正在使用的电器！安全隐患图例

触电能使人造成烧伤或死亡，但是事故的多数原因是人为造成的。用电中注意以下问题，可以预防触电事故。

（1）损坏的开关、插销等应赶快修理或更换，不能将就使用。

（2）不懂电气技术和一知半解的人，对电气设备不要乱拆、乱装，更不要乱接电线。

（3）灯头用的软线不要东拉西扯，灯头距地不要太低，扯灯照明时，不要往铁丝上搭。

（4）电灯开关最好用拉线开关，尤其是土地潮湿的房间里，不要用床头开关和灯头开关。

（5）屋内电线太乱或发生问题时，不能私自摆弄，一定要找电气承装部门或电工来改修。

（6）拉铁丝搭东西时，注意不要接触到附近的电线。

（7）屋外电线和进户线要架设牢固，以免被风吹断，发生危险。

（8）外线折断时，不要靠近或用手去拿，应找人看守，赶快通知电工修理。

（9）不要用湿手、湿脚接触电气设备和开关插销，以免触电。

（10）大清扫时，不要用湿抹布擦电线、开关和插销，也不要用水冲洗电线及各种用电器具、电灯和收音机等。电力系统和电气装置的中性点，电气设备的外露导电部分通过导体与大地相连称为接地。接地的目的：一是保证人身安全，使人可能接触到的设备外露导电部分的电位基本降低到接近地电位，当人触及这些部位时，即使这些部位带电，因其电位与地电位基本接近，可以减少电击危险。二是保证电力系统正常、稳定运行。由接了地的变压器和发电机中性点引出的中性线称地线。电器设备的某部分直接与地线相连接叫作保护接零。保护接零也能起到与接地相似的安全保护作用。补充知识3-保护接地和保护接零保护接地的原理在中性点不接地系统中，设备外壳不接地且意外带电，外壳与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过，如图(a)所示。RrIdZIdRrIdZIdRbIr(a)(b)如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻通常为600~1000Ω，而接地电阻通常小于4Ω，因此流过人体的电流很小，这样就完全能保证人体的安全，如图(b)所示。保护接零的原理当设备正常工作时，外露部分不带电，人体触及外壳相当于触及零线，无危险，如图所示。采用保护接零时，应注意不宜将保护接地和保护接零混用，而且中性点工作接地必须可靠。在电源中性线做了工作接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地，称为重复接地。一些常见的错误连接在实际工作中，常有一些不规则的保护接地和接零，甚至是错误的保护接地和接零，起不到保护作用或作用不可靠，甚至导致相反作用使事故范围扩大。常见的错误联接如下：1、将家用电器的金属外壳用导线和自来水管联接此种保护措施是不可靠的，甚至是危险的。因为陆地低压电网采用的是系统中性点接地的供电方式，自来水管的接地电阻远达不到国家规定的要求，尤其采用屋顶水箱供水的自来水管，接地电阻更大。一旦用电器外壳带电，势必导致触电危险，也可能导致其它用电器带电。2、同一系统中存在两种不同的保护方式在同一段母线供电的线路中，一部分设备采用保护接地，另一部分采用保护接零，在此种状况下，一旦当某一接地设备的金属外壳漏电而导致零线电位上升，将会使外壳和零线相接的所有处于接零状态下的设备外壳带电。在中性点接地的三相四线制供电系统中应注意：工作零线和保护零线不能混淆！～220VFU火线L工作零线N保护零线E设备没有接零保护正确的接零保护错误的接零保护指出下图中各电器的连接方式。你会做吗？何谓三相负载？何谓单相负载？单相负载的三相连接方式又是指的什么？三相电器铭牌上标示的额定功率是指输入的电功率吗？检验学习结果ABCN三相照明电路和三相动力电路功率的测量方法相同吗？防雷保护一、雷电的形成：雷电是一种常见的大气放电现象。在夏天的午后或傍晚，地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围的积雨云，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应，也会带上与云底相反符号的电荷。当云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，就会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达6000--20000℃，所以发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。

一次雷击或者一次云闪所释放出的能量大约在300千瓦以上，如果把这些能量全部利用起来，可供一个普通家庭使用两个月以上。由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大一、雷电的危害电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种危害。雷电的破坏主要有直击雷破坏和感应雷破坏。雷电的作用主要是雷电流引起的，雷电流是一种冲击波。雷击破坏的实例1雷击破坏的实例2日本一架客机不久前在起飞后不久,遭到闪电击中,整个过程刚好被摄影机拍了下來。画面中显示：一阵闪电正好击中客机机身,由于飞机上都装备有避雷裝置,因此並沒有造成任何伤亡。雷击破坏的实例32005年5月4日，湖南、江西、浙江、福建等省的不少地方发生雷电冰雹暴雨天气，出现一些护坡倒塌，房屋进水，电线、大树被刮倒，人员被雷电击死等险情。雷击破坏的实例42005年5月21日，荔波县一对夫妻在大树下躲雨，被雷电击中身亡，当时与他们相伴而行的还有其爱犬。14时30分许，雷电交加、天空突降暴雨，夫妇俩在田间一大樟树下躲雨，爱犬依偎在他们中间。忽然，一道高光划过天空，雷电向树干劈来，夫妻双双被击中不幸身亡。

据村民讲，大家赶到时，丈夫高桂林被打翻在距树干2米的地方，手里还握着锄头，其妻谢昌芬被打得卷成一团倒在树根下，夫妻俩头发烧焦，衣裤被烧烂，惨不忍睹。雷击破坏的实例52004年8月4日晚8时，一场电闪雷鸣划破成都自来水六厂上空，将水厂AB两厂的双供电电源击毁，全城自来水管网遭遇了前所未有的严峻考验，全城水压骤减，极个别区域还出现临时停水。雷击破坏的防范雷电除了造成森林火灾等灾害外，每年夺去不少人的生命。雷雨时，人应尽量远离孤立的大树-电杆等，它们都是雷击的目标。当雷打中一棵树时，沿树干而下的电流可能会跳到站在附近或靠在树干上的人在入地。打到地面的雷击其电流非常大（曾经在雷击点半公里外的电线上测到100A的电流）。强大电流自电荷落地点向四面流开，地面上相距1m的两点间的电势差可以致人于死命。故雷雨时双脚应合