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1、第四章 三相交流电路与安全用电,4.1 三相电源 4.2 三相电源的连接 4.3 三相负载的连接 4.4 三相负载的功率 4.5 安全用电,本章要求,1）掌握三相电源和三相负载的两种连接方法：星形连接和三角形连接。熟悉线电压和相电压、线电流和相电流之间的关系，正确理解中线的作用。 2）会计算三相电路的电流、电压以及三相电路的功率。 3)了解安全用电的基本知识。,4.1 三相电源,由3个频率相同、振幅相同、相位互差120的正弦电动势称为对称三相电动势。如果它们的内阻抗相等，将其按一定的方式连接后构成对称三相电源。采用三相电源供电的体系称为三相制，而仅用一个正弦电源供电则称为单相制。,对称三相电动
2、势可以由三相交流发电机产生， 也可以由三相变压器提供。现以三相交流电机 为例加以介绍。,三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交 流发电机中有3个相同的绕组。3个绕阻的首端 分别用A、B、C表示，末端分别用X、Y、Z表 示。这3个绕组分别称为A相、B相、C相，所 产生的三相电压分别为：,写成有效值向量形式为：,式中,。三个电动势的波形图和相量图如图4-2所示。,对称三相电动势达到同一 值(例如正的最大值)的先后 次序称为三相电动势的相序, 在图4-2(a)中，达到最大值 的次序依次是A相、B相、 C相。通常把这种相序称为 正序或顺序。如果使三相发 电机的转子反转，这样，三相电动势的相序便相反，
3、按A-C-B的 次序出现最大值称这种相序为负序或逆序。工程上通用的相序 是A-B-C。,4.2 三相电源的连接,如果把三相交流发电机的每相绕组看作是一个独立的电源，从每相绕组的始末端各引出两根导线，分别与负载相连这就构成了三相绕组互不联系的三相制电路，如图4-3所示。显然，这种连接方法输送电能，既复杂、又浪费导线。实际上，都把三相电源的绕组作适当的连接。通常三相电源绕组的接法有两种：星形连接法和三角形连接法。,4.2.1 电源绕组的星形(Y形)接法,把三相电源绕组的三个末端连在一起，成为一公共点O，从绕组的始端A、B、C分别引出三条端线，则构成星形接法，如图4-4所示。,从始端引出的导线叫做相
4、线(又称火线)，公共 点O称为中性点，从中性点引出的导线称为中 性线(简称中线或零线)。这种具有中线的三相 供电系统称为三相四线制，用符号YN表示，如 果不引出中性线，则称为三相三线制，用符号 Y表示。,在三相四线制中，我们把每根相线与中线间的电 压称为相电压，设三个相电压的方向均从相线指向中线，可用,表示。两根相线之间的电压称为线电压用下标的顺序表示线电压的正方向， 则有,把三相电源绕组的三个末端连在一起，成为一公共点O，从绕组的始端A、B、C分别引出三条端线，则构成星形接法，如图4-4所示。,如果忽略电源绕组的内阻抗，各个相电压等于相应的电动势，即,由此得,可以看出， 三个相电压也是对称的
5、。,分析三相四线制线电压与相电压的关系。,由于,根据相量图解法可以从相电压相量得到线电压相量，如图4-5 所示。由图可以看出,同理：,即星形接法时线电压等于相电压的 倍。由图4-5还可以看出，线电压也是对称的，它们比相应的相电压超前30。于是可得线电压的相量式,以看出在星形接法的三相四线制供电系统中，如果相电压对称。 则线电压也是对称的。线电压的有效值是相电压有效值的,倍，在相位上线电压超前相应的相电压30。这样三相四线制 可为负载提供两种电压。我国低压供电系统的标准规定：线电 压为380V。相电压为220V，用380220V表示； 照明用电为220V动力用电为380V。,4.2.2电源绕组的
6、三角形(形)接法,三角形连接：将三相绕组的首、末端依次相连，从3个点引出3条火线。,在三角形接法中，三条相线之间的线电压 等于电源每相绕组的相电压，,注意：此种接法如一相接反，回路中将会产生 很大的环流，以致烧坏电机绕组，将造成严 重后果。所以三相电源绕组作三角形连接时 绝不容许接错。,在发电设备中，由于星形接法比三角接法有较多的优点所以多 采用星形接法。,4.3 三相负载的连接,三相供电系统中，三相负载和三相电源绕组一样，有星形和三角形两种接法,4.3.1 负载的星形接法,三相负载的星形接法如图4-8所示，三个负载,的一端连在一起,并接到三相电源的中线上,负载的另一端分别与三根相线A、B、C
7、相接。,相电流：各相负载中的电流,线电流：各火线中的电流,中线电流 用表示，规定其正方向从负载中点指向电源中点，由KCL知,在三相四线制中，负载相电流的计算方法与单相电路一样。 即,在忽略输电线的阻抗时，负载中点与电源中点等电位，负载的 线电压即为电源的线电压，负载的相电压即为电源的相电压。 由于电源是对称的，所以负载的线电压和相电压也是对称的。 显然，负载上的相电压大小是线电压大小的 分之一，即,在相位上，相电压要比相应的线电压滞后30,下面就三相对称负载和不对称负载两种情况进行具体分析,1. 三相对称负载,三相对称负载是指三相负载的复阻抗相等，即,由于忽略输电线阻抗,负载相电压等于 电源相
8、电压,负载相电流为,相量图如图4-9所示。,可见负载上的相电流也是对称的。由于这种对称性，在对称负载 的三相四线制中，只需计算一相上的电流，其余两相则可根据对 称性直接得出。又由于这种对称性，使得中线电流为零，即,这样，即使没有中线对电路也毫无影响，故可以取消中线构成三相三线制供电系统。例如三相异步电动机是三相对称负载，因此可用三相三线制星形接法。,例4-1 三个相等的复阻抗,接成YN形，其中线阻抗为,已知对称电源线电压为380V，求负载上的线电压、相电压、线电流、相电 流并画出相量图。,设,解：由于电源和负载阻抗对称，中线上的电流等于零，即,所以不论有无中线或中线有无阻抗，均可归结为一相来计
9、算，其余两相 可以根据对称性直接写出，图4-12所示为一相计算时的电路。,负载上的线电压：,负载上的相电压：,设,因为,所以：,且相电流等于线电流,2. 中线的作用,当三相负载不对称时，在YN形接法中由于有中线如果忽略中线和相线的阻抗，则负载的相电压总是等于电源的电压，可分别计算各相电流。这时负载的相电压对称，但相电流不对称，中线有电流存在，故中线不能取消。,中线的作用就在于能保持负载中性点和电源的中性点电位一致， 从而使三相负载不对称时，负载的相电压仍然是对称的。因此， 在三相四线制电路中，中性线不允许断开，也不允许安装熔断 器等短路或过流保护装置。,4.3.2负载的三角形接法,三个负载,首
10、尾依次相连，三个端点分别接到,A、B、C上。由图4-14可知，负载的相电压等于电源的线电压即,三根相线,通常电源的线电压是对称的，所以负载的相电压也是对称的。,设线电流和相电流的参考方向,如图4-14中箭头所示。,线电流和相电流的相量关系如 图4-15所示，可求得他们之间的关系,从图（4-15）可以看出：在相位 上线电流滞后于相应的相电流 ， 而且线电流也是对称的。,即线电流的大小等于相电流的,倍,例4-2,已知三相负载,采用三角形接法，连到线电压为220V的三相电源上，如图4-14所示。 试求各相电流、线电流并画出相量图。,解：设对称三相电源线电压为,因负载不对称，,各相电流可求得,再求线电
11、流,相量图如图4-16所示,4.4 三相负载的功率,4.4.1 对称三相电路的功率,三相对称负载总的有功功率等于相有功功率的三倍，即,通常三相功率用负载的线电压和线电流来表示，当负载为星形连接时,当负载为三角形连接时,这两种情况下，均有,式中,是相电压对相电流之间的相位差，它只决定于负载的性质，而与 负载的连接方式无关。,同理，当负载对称时三相电路的无功功率及视在功率为,功率因数,例4-3有一对称三相负载接于线电压为380V的电网上。试求该三相负载在星形和三角形两种接法情况下的P、Q、S和 (忽略输电线的阻抗)。,解：(1)星形接法如图4-17a，负载相电压,相电流等于线电流,负载的功率因数,
12、于是：,（2）三角形接法如图4-17b，负载的相电压等于线电压,负载的相电流,线电流为,于是,上例表明，当三相电源不变时，负载三角形接法所吸收的功率 为星形接法的三倍。这就告诉我们，负载吸收的功率与连接法 有关，要使负载正常工作，必须采取正确的连接法。,4.4.2 不对称三相电路的功率,在负载不对称的一般情况下，三相电路的总功率等于各相电功率之和，即,三相负载的无功功率也等于各相无功功率之和，即,三相负载的视在功率为,4.4.3三相电路有功功率的测量,三相电路有功功率的测量根据三相负载对称与否和连接方式的不同，有一表法、三表法和二表法。,1.一表法,在对称三相电路中，可用一个瓦特表测量任意一相
13、的功率，然 后乘以3即得三相电路总有功功率，图4-18a、b分别表示负载 为星形连接和三角形连接时功率表的接法。图c用于负载内部 封闭，只有三个首端引出的情况，用三个相等的电阻连成Y形 以得到人为的中性点。,2.三表法,在三相四线制电路中，如果负载不对称，可以采用三只瓦特表同时测量三相电路的功率，它们的读数之和即为三相电路的总功率。接线方法如图4-19所示。,3.二表法,在三相三线制电路中，不论负载接成星形或三角形，也不论 负载对称或不对称，一般采用二表法来测量三相电路的有功功率。 其接线方法如图4-20所示。三相电路总有功功率等于两瓦特表读 数的代数和。,4.5 安全用电,安全用电包括用电时
14、的人身安全和设备安全。当发生人身触电时，轻则烧伤，重则死亡；当发生设备事故时，轻则损坏电器设备，重则引起火灾或爆炸。因此，确保安全用电是十分重要的。在电气设备通电使用前，应该了解安全用电方面的有关知识。,4.5.1电流对人体的危害,对于工频交流电，人体触电对电流的反应可分为三个等级： 第一等级：使人有触电感觉的最小电流，称为感知电流，约为 1 mA。 第二等级：触电后人体能主动摆脱触电状态的电流称为摆脱电 流，约为10mA。 第三等级：在较短时间内危及生命的电流称为致命电流，一般 此值大于50mA。,4.5.2触电方式,绝大多数的触电事故发生低压电力系统，常见的触电方式有以下三种。,1.两相触
15、电,两相触电是指人体两处同时 触及两相带电体而触电，如 图4-21a所示。这时加在人体 上的电压是线电压，通常为 380V，这是很危险的。,2电源中性点接地的单相触电,当人体碰到一根相线时，电流从相线经人体，再经大地回到中性点，如图 4-21b所示。这时人体承受相电压，通常为220V，也十分危险。,3电源中性点不接地的单相触电,少数局部地区的低压系统的中性点是不接地的，因输电线与大地之间有电容 在当人碰到一根相线时，交流电可通过分布电容形成回路，如图4-21c所 示，也是危险的。,4.5.3 防止触电的保护措施,为了防止触电事故的发生，必须采取有效的保护措施，主要有如下几项。,1. 使用安全电
16、压,按照人体的最小电阻,和工频致命电流,可以求得,对人的危险电压为,据此我国将安全电,压规定为36V、24V、l2V、6V等。,2.绝缘保护,为了防止人体触及带电部位，电气设备的外壳常装有防护罩，有些电动 工具和家用电器，除了工作电路有绝缘保护外，还用塑料外壳作为第二 绝缘，称此为外壳绝缘。,3.保护接零,所谓保护接零，就是在电源中性点直接接地的三相四线制(380V220V) 低压系统中，把电气设备在正常情况下不带电的金属外壳与电网的零线 可靠地连接起来。,图4-22a所示是三相电动机的保护接 零，一旦电动机某一相绕组的绝缘损 坏而与外壳相通时，就形成单相短路， 迅速将这一相的熔丝烧断或线路中的 自动开关断开，因而使外壳不再带电。 即使在熔丝烧断前人体触及外壳，也 由于人体电阻远大于线路电阻，通过 人体的电流也是极为微小的，对人体 不会造成伤害。,为了确保安全，保护接零必须十分可靠，严禁在保护接零的零线上装设熔 断器和开关。,4.保护接地,所谓保护接地，就是电气设备 的金属外壳通过接地装置与大 地可靠地连接起来。保护接地 适用于电源
