电工学第4章供电与用电修改课件

第4章供电与用电4.1三相电源4.2三相负载

4.3三相功率

*

4.4电力系统

4.5触电事故4.6触电防护

4.7静电防护

4.8电器防火和防爆

下一章上一章返回主页.1三相交流电的优点

三相交流发电机体积小、重量轻、成本低。节省输电线金属的消耗量，输电成本较低。应用广泛的三相异步电动机结构简单、价格低廉、性能良好和使用维护方便。三相交流电路由三相交流电源供电的电路。电力系统目前普遍采用三相交流电源供电。.2大连理工大学电气工程系4.1三相电源一、三相交流电的产生

+－e1L1L1′+－e2L2L2′+－e3L3L3′L1L1′L2L2′L3L3′L1L1′三相交流发电机由三个对称的绕组组成，在空间上彼此相差120，它们的始端记为L1、L2、L3，末端记为L1、L2、L3。′′′（a）结构（b）绕组（c）三相电动势.3大连理工大学电气工程系

分类磁极放在转子上，转子由原动机拖动作匀速转动。定子三相绕组切割转子磁场而感应出三相交流电动势。•••L1L2'L3L2L3'L1'1.三相交流电动势产生原理2.三相交流电动势的特点幅值相等频率相同相位差=120

SN.4大连理工大学电气工程系3.三相交流电动势的表达式e2e3e1ωteO(a)波形图U1U3U2(b)相量图120o120o120oe1=Em

sin

te2=Em

sin(t-120º)=Em

sin(t+120º)e3=Em

sin(t-240º)E1

=E0oE2

=E-120oE2

=E120o.5大连理工大学电气工程系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A

B

C.6大连理工大学电气工程系二、三相电源的星形联结发电机三相绕组通常将三个末端接在一起。三个绕组末端的连接点称为中性点

(N)。

三个首端L1、L2、L3称为端点。由中性点N引出的供电线称为中性线或零线。由三个首端引出的供电线称为相线或火线。L1L3－′L2L1′′L3+－e1+－e2L2+e3星形联结L1L2L3L1L2L3′

′

′

.7大连理工大学电气工程系I1I3I2中性线(零线)线电流相电压相线(火线)线电压相电流三相四线制

I1Il1=I2Il2=I3Il3=U12≠U1U23≠U2U31≠U3L1L2L3NIl2Il3Il1IN1.线电流与相电流的有效值关系2.线电压与相电压的有效值关系Il=IPU12+U23+U31+U1+U2+U3+.8大连理工大学电气工程系30U23U2U31U3-U2U12U1=√3U12U130o=√3U23U230o=√3U31U330o.9大连理工大学电气工程系三、三相电源的三角形联结将三相电源中每相绕组的首端依次与另一相绕组的末端连接在一起，形成闭合回路。三角形联结L1L1′L2L3L2′L3′L1L3－′L2L1′′L3+－e1+－e2L2+e3.10大连理工大学电气工程系三相三线制I1I2I3线电流相电压相线（火线）线电压相电流U12U1=U23U2=U31U3=1.线电压与相电压的有效值关系Ul=UPI1Il1=-I3I2Il2=-I1I3Il3=-I22.线电流与相电流的有效值关系l1l2l3Il1Il3Il2(U1)U12+U23(U2)+U31(U3)+.11大连理工大学电气工程系

－I1I130

Il1I2I3

Il2

Il2－I3－I2=√3Il1I1－30o=√3Il2I2－30o=√3Il3I3－30o.12大连理工大学电气工程系短路+–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？.13大连理工大学电气工程系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。.14大连理工大学电气工程系4.2三相负载三相对称负载:

三相阻抗相等(ZA=ZB=ZC)的三相负载。

三相不对称负载:

使用时平均分配到三个相上。L1L2L3NM

3～三相负载:

由三相电源供电的负载。Z2Z1Z3.15大连理工大学电气工程系星形联结三角形联结三相负载也有两种接法:具体采用何种接法，应根据电源电压和负载额定电压的大小来决定。原则上应使负载的实际电压等于其额定相电压。ZZZL1L2L3ZZZL1L2L3N.16大连理工大学电气工程系一、三相负载的星形联结三相负载的三个末端连接在一起，接到电源的中性线上。三相负载的三个首端分别接到电源的三根相线上。INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U2Z1Z2Z3L1L2L3NIL3IL1++U3U1U2IL1IL2+.17大连理工大学电气工程系I1

=U1Z1U2U31U3U12U1

U2U1U3

I1I2I3U23I2

=U2Z2I3

=U3Z3INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U2如果负载对称，阻抗Z1=

Z2=

Z3。则为对称三相电路。IN=I1+I2+

I3=IL1+IL2+

IL3.18大连理工大学电气工程系I1

=U1Z1I2

=U2Z2I3

=U3Z3如果负载对称，阻抗

Z1=

Z2=

Z3。则为对称三相电路。IN=I1+I2+

I3=IL1+IL2+

IL3U2U31U3U12U1

U2U1U3

I1I2I3U23INIL3I2I1IL1I3L2L3L1NZ1Z2Z3+++U3IL2U1U2.19大连理工大学电气工程系例1：N+++–––NRARBRCACB若RA=RB=RC=5，求线电流及中性线电若RA=5,RB=10,RC=20,求线电流及一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电源线电压。负载为电灯组，流IN;中性线电流IN。.20大连理工大学电气工程系中性线电流解：已知：N+++–––NRARBRCACB(1)线电流三相对称.21大连理工大学电气工程系(2)三相负载不对称（RA=5、RB=10、RC=20）

分别计算各线电流中性线电流.22大连理工大学电气工程系例2：照明系统故障分析解:

(1)A相短路1)中性线未断

NRARCRBABNC此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而B相和C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)A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)A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。.23大连理工大学电气工程系此情况下，B相和C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)A相短路,中性线断开时,此时负载中性点N´即为A,因此负载各相电压为

ABNCN´iAiCiB+++–––.24大连理工大学电气工程系(2)A相断路2)中性线断开B、C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IBCU´AU´B+––+(b)

NRARCRBABNC(a).25大连理工大学电气工程系结论

（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。.26大连理工大学电气工程系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：解:

(1)该照明系统与电网连接图NABC30盏+–70盏.27大连理工大学电气工程系解:

(1)该照明系统与电网连接图NABC30盏+–70盏V(2)计算线电流U.设=2200°.28大连理工大学电气工程系例：

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三层二层ABCN–+一层.29大连理工大学电气工程系(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R3R2

,所以三楼灯比二楼灯暗。解：(1)本系统供电线路图APBCN三层二层一层–+.30大连理工大学电气工程系每相负载的首端都依次与另一相负载的末端连在一起，形成闭合回路。将三个连接点分别接到三个电源的三根相线上。二、三相负载的三角形联结U2I3I2I1L2L3L1+++Z1Z2Z3U1IL1IL2IL3U3三相负载的三角形联结只能是三相三线制。ZZZL1L2L3.31大连理工大学电气工程系=√3

IL1I1

-30o

=√3

IL2I2

-30o

=√3

IL3I3

-30o

=√3

ILIPZ1=Z2=Z3=Z对于三相对称负载:I1IL1I2I3IL2IL2

U1U2U3

I3

I2

I1.32大连理工大学电气工程系[例4.2.1]有一电源为星形联结，而负载为三角形联结的对称三相电路，已知电源相电压UPS=220V，负载每相阻抗|Z|=10Ω。试求负载的相电流和线电流以及电源的线电流和相电流的有效值。[解]由于电源为星形联结，故电源线电压忽略供电线路的阻抗，则负载线电压ULL=ULS=380V负载为三角形联结，则负载相电压UPL=ULL=380V负载相电流IPL=UPL|Z|=38010A=38A负载为三角形联结，故负载线电流ULS=√3UPS=1.73×220V=380VILL=√3IPL=1.73×38A=66A.33大连理工大学电气工程系电源只向一组三相负载供电，故电源线电流电源为星形联结，故电源相电流ILS=ILL=66AIPS=ILS=66A.34大连理工大学电气工程系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）。.35大连理工大学电气工程系⑴

三相负载采取那种联结方式取决于电源电压和负载的额定电压,原则上应使负载的实际工作相电压等于额定相电压。如:某三相异步电动机,三相绕组的额定电压是220V,若电源电压分别为380V和220V,应采取那种联结方式?答:电源380V:Y形联结电源220V:△形联结

说明：⑵若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。上一节返回下一节下一页上一页.36大连理工大学电气工程系4.3三相功率三相总有功功率P=P1+P2+P3三相总视在功率S=√P2+Q2

P=3UPIPcos

Q=3UPIPsin

S=3UPIP三相对称负载功率表达式﹡相电压、相电流：﹡线电压、线电流：一、三相功率的计算Q=√3ULILsin

S

=√3UL

ILP=√3ULILcos

三相总无功功率Q=Q1+Q2+Q3.37大连理工大学电气工程系[例4.3.1]电路中有两个负载，其中负载2为感性，

负载1：UN=380V，P1=75kW，cos

1=1，Y形联结。负载2：UN=380V，P2=36kW，cos

2=0.8，Δ形联结。求:电源提供的电流？[解]P

=P1

+P2

=111kWQ=Q1+Q2

=P1tan

1+P2tan

2

=27kvarS=√P2+Q2

Il=

=173AS√3Ul=114kV·ARRRL2L3L1ZZZIL1IL12IL11.38大连理工大学电气工程系正误判断对称负载Y联结+ZBZCZAN'N++–––.39大连理工大学电气工程系对称负载Y联结正误判断.40大连理工大学电气工程系有一三相电动机,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

=380V的三相电源上;(2)绕组联成三角形接于UL=220V的三相电源上。例1:解:(1).41大连理工大学电气工程系(2)比较(1),(2)的结果:有的电动机有两种额定电压,如220/380V。当电源电压为380V时,电动机的绕组应联结成星形；当电源电压为220V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。.42大连理工大学电气工程系例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。ABC线电压Ul为380V的三相电源上，接有两组对称三相电源：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：各组负载的相电流；(2)电路线电流；(3)三相有功功率。设解：.43大连理工大学电气工程系负载星形联接时，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.44大连理工大学电气工程系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.45大连理工大学电气工程系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=4.5kW，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：ZCAA