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1、第5章 三相电路,5.1 三相电压,5.2 负载星形联结的三相电路,5.3 负载三角形联结的三相电路,5.4 三相功率,第5章 三相电路,本章要求： 1. 搞清对称三相负载Y和联结时相线电压、相线 电流关系。 2. 掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正 确联接方法，理解中线的作用。 3. 掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。,图5.1.1 三相交流发电机示意图,5.1 三相电压,1. 三相电压的产生,工作原理：动磁生电,图5.1.2 三相绕组示意图,图5.1.3电枢绕组及其电动势,三相电动势瞬时表示式,相量表示,: 直流励磁的电磁铁,对称三相电动势的瞬时值之和为 0,三相交流电到达正
2、最大值的顺序称为相序。,三个正弦交流电动势满足以下特征,2. 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（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,30,同理,3. 三相电源的三角形联结,A,X,Y,Z,B,C,问题讨论,直流电源串接不行， 三相交流电源可以， 为什么？,三相交流电源中三个电源可以串接的原因： 三相电源的电压在任何瞬间相加均为零。,Em,5.2 负载星形联结的三相电路,三相负
3、载,不对称三相负载： 不满足 ZA =ZB = ZC 如由单相负载组成的三相负载,1. 三相负载,分类,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=负载的额定电压；（2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,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。,(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,
4、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,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：,中性线电流,C,B,N,ZA,ZB,ZC,+,+,+,-,-,-,-,N,设N为参考点，由结点电压法：,(2) 三相负载不对称,N,(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,例2：照明系统故障分析,解: (1) A相短路,1) 中性线未断,此时A相短路电流很大，将A相熔
5、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。,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,(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,结论,（1
6、）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。,例3:,求例1电路中性线断开时负载的相电压及相电流。,则节点电压,负载电压,可见： 1. 不对称三相负载做星形联结且无中性线时, 三相 负载的相电压不对称。 2. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。,1. 联结形式,5.3 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
7、的电流 、 、,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：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,相量图,负载对称时, 相电流对称，即,(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。,三相负载的联接原则,负载的额定电压 = 电源的线电压,负载的额定电压 = 电源线电压,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
8、成星形（具有中性线）。,5.4 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,正误判断,对称负载 Y联结,对称负载 Y联结,正误判断,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),(2),
9、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。,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,三相对称负载作
10、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：,或：P =I 2R P =UIcostg =XL / R,解：,(1) 由已知条件可求得,2) S1闭合、S2断开时, IA=IC =10A IB =17.32 A,流过电流表 A、C 的电流变为相电流 IP，流过电流表B 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
11、时，ZAB、ZBC 的相电压和相电流不 变，则PAB、PBC不变。,P = PAB+PBC = 3 kW,IB = 0A,3) S1断开、 S2闭合时,变为单相电路,I1 仍为相电流 IP ， I2 变为 1/2 IP 。, IA=IC =10 A+ 5 A= 15A, I2 变为 1/2 IP，所以 AB、 BC 相的功率变为原来的1/4 。,P = 1/4 PAB+ 1/4 PBC +PCA = 0.375 W+ 0.375 W+ 1.5 W = 2.25 kW,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
12、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) 该照明系统与电网连接图,解: (1) 该照明系统与电网连接图,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,(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
13、灯比 二楼灯暗。,解：(1)本系统供电线路图,相序指示器,三相交流电动势出现最大值 的先后顺序称为三相电源的相序。 A - B - C 称为顺相序 A - C - B 称为逆相序,R=1/(C)对称吗？,证明：,A,C,B,N,ZA,ZB,ZC,+,+,+,-,-,-,-,N,消去 并代入,且 ，则上式可以简化为：,由KVL有,即,灯很亮,灯很暗,触电事故,触电：指人体接触带电体时，电流流经人体造成的伤害。 触电事故又分为：直接接触触电和间接接触触电。 1. 直接触电,图 4.5.1 单线触电,图 4.5.2 两线触电,2. 间接触电,是指人体接触到正常情况下不带电,仅在事故下才带电 的部分而
14、发生的触电事故。, 电击: 电流通过人体内部,影响呼吸系统、心脏和神经 系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。, 电伤：电流的热效应、化学效应、机械效应等对人体 表面或外部造成的局部伤害。,触电防护,(一)安全电压 常规环境下:,交流电压为 50 V 直流电压为 120 V,我国规定的工频安全电压额定值分别为: 42 V、36 V、24 V、12 V 和 6 V 。,(二)保护接地和保护接零,一般要求接地电阻4。,1. 接地:,接地分为两种:, 工作接地:为保证电力设备和设备达到正常工作要求而 进行的接地。 如:电源中性点接地,防雷装置接地等。 保护接地:为保证人身安全,防止间接触电,而将设备
15、的外 壳可导电金属部分接地。,2. 保护接地和保护接零, IT系统,电源中性点不接地的三相三线制供电系统,电器设备的金属外壳接地。 也称为保护接地。,图 4.6.1 IT 系统, TN系统,电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与零线相连。 也称为保护接零。,系统分为: TN-C (PE 和 N 共用) TN-S (PE 和 N 完全分开共用) TN-C-S (PE 和 N 部分共用),三相五线制,图 4.6.2 TN 系统, TT系统,电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与地线相连。 也称为保护接地。,图 4.6.3 TT 系统,注意: 在同一供电系统中, TN 和 TT 系统应尽量不同时使用,否则会降低其安全性。,例如: Up = 220 V, Rd = R0 = 4 Ip = 27.5 A,问:低压供电系统保护接零应用在下列那种系统中? 低压供电系统保护接地应用在下列那种系统中? 中点接地的三相四线制。 中点不接地的三相三线制。 三相四线制或三相三线制。,（三）漏电开关,1. 作用：主要用于低压供电系统，当被保护的设备出现故障 时，故障电流作用与保护开关，若该电流超过预定值， 变会使开关自动断开，切断供电电路。,2. 漏电开关的选择 ：,若用于保护人: 动作电流 30 mA 以下。 漏电动作时间 0.1 s 以下。,若用于保护线路:
