《周绍敏《电工技术基础与技能》——10--三相正弦交流电路讲课资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《周绍敏《电工技术基础与技能》——10--三相正弦交流电路讲课资料（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、10 三相正弦交流电路,10 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。,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
2、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
3、，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
4、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。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
5、)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 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
6、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；(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 V,10.2 三相负载的联结,
7、一、负载的星形联结,二、负载的三角形联结,一、负载的星形联结,三相负载的星形联结如图 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 YY 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,负载的相电流 IYP 等于线电流 IYL ，即,IYL = IYP,当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称(称为 YY 形对称三相电路)。即各相电流(或各线电流)振幅相等、频率相同、相位彼此相差 120，并且中性线
8、电流为零。所以中性线可以去掉，即形成三相三线制电路，也就是说对于对称负载来说，不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。,【例10-2】在负载作 Y 联结的对称三相电路中，已知每相负载均为 |Z|= 20 ，设线电压 UL = 380 V，试求：各相电流(也就是线电流)。,解：在对称 Y 负载中，相电压,相电流(即线电流)为,二、负载的三角形联结,负载做 联结时只能形成三相三线制电路，如图10-5 所示。,图 10-5 三相负载的三角形联结,显然不管负载是否对称(相等)，电路中负载相电压 UP 都等于线电压 UL ，即 UP = UL,当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对
9、称。负载的相电流为,线电流 IL 等于相电流 IP 的 倍，即,【例10-3】 在对称三相电路中，负载作 形联接， 已知每相负载均为 |Z|= 50 ，设线电压 UL = 380 V，试求各相电流和线电流。,解：在 联结负载中，相电压等于线电压，即 UP = UL ，则相电流,线电流,【例 10-4】 三相发电机是星联结，负载也是星形联结，发电机的相电压 Up = 1000 V，每相负载电阻均为 R = 50 k， XL = 25 k。试求：(1) 相电流；(2) 线电流；(3) 线电压。,解：,(1) 相电流,(2) 线电流 IL = IP = 17.9 mA,(3) 线电压,10.3 三相
10、电路的功率,三相负载的有功功率等于各相功率之和，即,P = P1 P2 P3,在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为,其中 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。,三相电路的功率因数为,【例 10-5】 有一对称三相负载，每相电阻为 R = 6 ，电抗 X = 8 ，三相电源的线电压为 UL = 380 V。求：(1) 负载做星形联结时的功率 PY；(2) 负载做三角形联结时的功率 P。,解：每相阻抗均为,功率因数,(1) 负载做星形联结时：,相电压 线电流等于相电流 负载的功率,10.4 安全用
11、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体的电阻值。,通常人体的电阻为 800 至几万欧不等。通常规定
12、 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
13、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壳，由于中性线的电阻很小，所以，短路电流很大，立即使电路中的熔断丝烧断，切断电源，从而消除触电危险 。,(4)使用漏电保护装置 漏电保护装置的作用主要是防止由漏电引起的触电事故和单相触电
14、事故；其次是防止由漏电引起火灾事故以及监视或切除一相接地故障。有的漏电保护装置还能切除三相电动机的断相运行故障。,本章小结,本章介绍了电路的基本概念，内容包括：,一、三相电源,二、三相负载,三、三相功率,四、安全用电,最大值相等、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),三相电源中的绕组有星形(亦称 Y)联结和三角形(亦称)联结两种。,一、三相电源,1
15、. 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 IYP 等于线电流 IYL ，即,IYL = IYP,当三相负载对称时，即各相电流(或各线电流)最大值相等、频率相同、相位彼此相差 120 ，并且中线电流为零。所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路。,二、三相负载,2三相负载的 联结,负载做 联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称(相等)，电路中负载相电压 UP 都等于线电压 UL，即,UP = UL,当三相负载对称时，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为,线电流 IL 等于相电流 IP 的 倍，即,IL= IP,三相负载
16、的有功功率等于各相功率之和，即,P = P1 P2 P3,在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为,其中 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。,三、三相功率,1触电方式,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。通常规定 36 V 以下的电压为安全电压。,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
