第三相正弦交流電路

1、 第十章三相正弦交流電路1了解三相交流電源的產(chǎn)生和特點(diǎn)。2握三相四線制電源的線電壓和相電壓的關(guān)系。1. 3掌握對(duì)稱三相負(fù)載Y形連接和 D 連接時(shí)，負(fù)載線電壓和相電壓、線電流和相電流的關(guān)系。4掌握對(duì)稱三相功率的計(jì)算方法。1掌握三相電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的相位關(guān)系。2熟練分析與計(jì)算三相電路電壓、電流、功率等。序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)1第一節(jié)三相交流電源22第二節(jié)三相負(fù)載的連接23第三節(jié)三相電路的功率14第四節(jié)安全用電5實(shí)驗(yàn)10.1 三相負(fù)載的星形連接26實(shí)驗(yàn)10.2 三相負(fù)載的三角形連接27本章小結(jié)與習(xí)題18本章總學(xué)時(shí)10第一節(jié)三相交流電源一、三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生動(dòng)畫M10-1 三相交流電1對(duì)稱三

2、相電動(dòng)勢(shì)振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 第一相(U相)電動(dòng)勢(shì)： e1=Emsin(w t) 第二相(V相)電動(dòng)勢(shì)： e2 = Emsin(w t - 120) 第三相(W相)電動(dòng)勢(shì)： e3 = Emsin(w t + 120) 顯然，有e1 + e2 + e3 = 0。波形圖與相量圖如圖10-1所示。圖10-1 對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)波形圖與相量圖2相序三相電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。e1比e2超前120，e2比e3超前120，而e3又比e1超前120，稱這種相序稱為正相序或順相序；反之，如果e1比e3超前1

3、20，e3比e2超前120，e2 比e1超前120，稱這種相序?yàn)樨?fù)相序或逆相序。相序是一個(gè)十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運(yùn)行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。二、三相電源的連接三相電源有星形(亦稱Y形)接法和三角形(亦稱 D 形)接法兩種。1三相電源的星形(Y形)接法將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2、W2(相尾)連接在一點(diǎn)，始端U1、V1、W1(相頭)分別與負(fù)載相連，這種連接方法叫做星形(Y形)連接。如圖10-2所示。圖10-3 相電壓與線電壓的相量圖圖10-2 三相繞組的星形接法從三相電源三個(gè)相頭U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)

4、線叫作端線或相線，俗稱火線，任意兩個(gè)火線之間的電壓叫做線電壓。Y形公共聯(lián)結(jié)點(diǎn)N叫作中點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線叫做中線或零線。由三根相線和一根中線組成的輸電方式叫做三相四線制(通常在低壓配電中采用)。每相繞組始端與末端之間的電壓(即相線與中線之間的電壓)叫做相電壓，它們的瞬時(shí)值用u1、u2、u3來(lái)表示，顯然這三個(gè)相電壓也是對(duì)稱的。相電壓大小(有效值)均為U1 = U2 = U3 = UP任意兩相始端之間的電壓(即火線與火線之間的電壓)叫做線電壓，它們的瞬時(shí)值用u12、u23、u31來(lái)表示。形接法的相量圖如圖10-3所示。顯然三個(gè)線電壓也是對(duì)稱的。大小(有效值)均為U12 = U23 = U31 =

5、UL =UP線電壓比相應(yīng)的相電壓超前30，如線電壓u12比相電壓u1超前30，線電壓u23比相電壓u2超前30，線電壓u31比相電壓u3超前30。2三相電源的三角形(形)接法將三相發(fā)電機(jī)的第二繞組始端V1與第一繞組的末端 U2相連、第三繞組始端W1與第二繞組的末端V2相連、第一繞組始端U1與第三繞組的末端W2相連，并從三個(gè)始端U1、V1、W1引出三根導(dǎo)線分別與負(fù)載相連，這種連接方法叫做三角形(形)連接。顯然這時(shí)線電壓等于相電壓，即UL = Up這種沒有中線、只有三根相線的輸電方式叫做三相三線制。特別需要注意的是，在工業(yè)用電系統(tǒng)中如果只引出三根導(dǎo)線(三相三線制)，那么就都是火線(沒有中線)，這時(shí)

6、所說(shuō)的三相電壓大小均指線電壓UL；而民用電源則需要引出中線，所說(shuō)的電壓大小均指相電壓UP?！纠?0-1】已知發(fā)電機(jī)三相繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小均為E = 220 V，試求：(1) 三相電源為Y形接法時(shí)的相電壓UP與線電壓UL；(2) 三相電源為 D 形接法時(shí)的相電壓UP與線電壓UL。解：(1) 三相電源Y形接法：相電壓UP = E = 220 V，線電壓UL Up = 380 V(2) 三相電源 D 形接法：相電壓UP = E = 220 V，線電壓UL = Up = 220 V。第二節(jié)三相負(fù)載的連接一、負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)如圖10-4所示。圖10-4 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)該接法有三根火

7、線和一根零線，叫做三相四線制電路，在這種電路中三相電源也是必須是Y形接法，所以又叫做YY接法的三相電路。顯然不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中的線電壓UL都等于負(fù)載相電壓UYP的倍，即 UL =UYP負(fù)載的相電流IYP等于線電流IYL，即IYL = IYP當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對(duì)稱(稱為YY形對(duì)稱三相電路)。即各相電流(或各線電流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120，并且中線電流為零。所以中線可以去掉，即形成三相三線制電路，也就是說(shuō)對(duì)于對(duì)稱負(fù)載來(lái)說(shuō)，不必關(guān)心電源的接法，只需關(guān)心負(fù)載的接法?！纠?0-2】在負(fù)載作形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路中，已知每相負(fù)載均為|Z|

8、= 20 W，設(shè)線電壓UL = 380V，試求：各相電流(也就是線電流)。解：在對(duì)稱形負(fù)載中，相電壓相電流(即線電流)為二、負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載做 D 形聯(lián)結(jié)時(shí)只能形成三相三線制電路，如圖10-5所示。圖10-5 三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)顯然不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中負(fù)載相電壓UDP都等于線電壓UL，即 UDP = UL當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對(duì)稱。負(fù)載的相電流為線電流IDL等于相電流IDP的倍，即【例10-3】 在對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作 D 形聯(lián)接， 已知每相負(fù)載均為|Z|= 50 W，設(shè)線電壓UL = 380 V，試求各相電流和線電流。解：在 D 形負(fù)載

9、中，相電壓等于線電壓，即UDP = UL，則相電流線電流 【例10-4】 三相發(fā)電機(jī)是星形接法，負(fù)載也是星形接法，發(fā)電機(jī)的相電壓Up = 1000 V，每相負(fù)載電阻均為R = 50 kW，XL = 25 kW。試求：(1) 相電流；(2) 線電流；(3) 線電壓。解： (1) 相電流 (2)線電流 IL = IP = 17.9 mA(3)線電壓 UL =UP = 1732 V第三節(jié)三相電路的功率三相負(fù)載的有功功率等于各相功率之和，即P = P1 + P2 + P3在對(duì)稱三相電路中，無(wú)論負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，由于各相負(fù)載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中 j 為對(duì)

10、稱負(fù)載的阻抗角，也是負(fù)載相電壓與相電流之間的相位差。三相電路的視在功率為三相電路的無(wú)功功率為三相電路的功率因數(shù)為【例10-5】 有一對(duì)稱三相負(fù)載，每相電阻為R = 6 W，電抗X = 8 W，三相電源的線電壓為UL = 380 V。求：(1) 負(fù)載做星形聯(lián)結(jié)時(shí)的功率PY；(2) 負(fù)載做三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的功率PD。解：每相阻抗均為，功率因數(shù) (1) 負(fù)載做星形聯(lián)結(jié)時(shí)：相電壓 線電流等于相電流 負(fù)載的功率 (2) 負(fù)載做三角形聯(lián)結(jié)時(shí)：相電壓等于線電壓 UDP = UDL= 380 V，相電流 線電流 IDL=IDP= 66 A負(fù)載的功率 為PY的3倍。第四節(jié)安全用電一、電流對(duì)人體的作用人體因觸及高電壓

11、的帶電體而承受過(guò)大的電流，以致引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象稱為觸電。觸電對(duì)人體的傷害程度，與流過(guò)人體電流的頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短、電流流過(guò)人體的途徑、以及觸電者本人的情況有關(guān)。觸電事故表明，頻率為50 100 Hz的電流最危險(xiǎn)，通過(guò)人體的電流超過(guò)50 mA(工頻)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生呼吸困難、肌肉痙攣、中樞神經(jīng)遭受損害從而使心臟停止跳動(dòng)以至死亡；電流流過(guò)大腦或心臟時(shí)，最容易造成死亡事故。觸電傷人的主要因素是電流，但電流值又決定于作用到人體上的電壓和人體的電阻值。通常人體的電阻為800 W 至幾萬(wàn)歐不等。通常規(guī)定36 V以下的電壓為安全電壓，對(duì)人體安全不構(gòu)成威脅。常見的觸電方式有單相觸電和兩相觸電。人體

12、同時(shí)接觸兩根相線，形成兩相觸電，這時(shí)人體受380 V的線電壓作用，最為危險(xiǎn)。單相觸電是人體在地面上，而觸及一根相線，電流通過(guò)人體流入大地造成觸電。此外，某些電氣設(shè)備由于導(dǎo)電絕緣破損而漏電時(shí)，人體觸及外殼也會(huì)發(fā)生觸電事故。二、常用的安全措施為防止發(fā)生觸電事故，除應(yīng)注意開關(guān)必須安裝在火線上以及合理選擇導(dǎo)線與熔絲外，還必須采取以下防護(hù)措施。(1) 正確安裝用電設(shè)備 電氣設(shè)備要根據(jù)說(shuō)明和要求正確安裝，不可馬虎。帶電部分必須有防護(hù)罩或放到不易接觸到的高處，以防觸電。(2) 電氣設(shè)備的保護(hù)接地 把電氣設(shè)備的金屬外殼用導(dǎo)線和埋在地中的接地裝置連接起來(lái)，叫做保護(hù)接地，適用于中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中。電氣設(shè)備采

13、用保護(hù)接地以后，即使外殼因絕緣不好而帶電，這時(shí)工作人員碰到機(jī)殼就相當(dāng)于人體和接地電阻并聯(lián)，而人體的電阻遠(yuǎn)比接地電阻大，因此流過(guò)人體的電流就很微小，保證了人身安全。(3) 電氣設(shè)備的保護(hù)接零 保護(hù)接零就是在電源中性點(diǎn)接地的三相四線制中，把電氣設(shè)備的金屬外殼與中性線連接起來(lái)。這時(shí)，如果電氣設(shè)備的絕緣損壞而碰殼，由于中性線的電阻很小，所以短路電流很大，立即使電路中的熔絲燒斷，切斷電源，從而消除觸電危險(xiǎn)。(4) 使用漏電保護(hù)裝置 漏電保護(hù)裝置的作用主要是防止由漏電引起的觸電事故和單相觸電事故；其次是防止由漏電引起火災(zāi)事故以及監(jiān)視或切除一相接地故障。有的漏電保護(hù)裝置還能切除三相電動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)行故障。本章

14、小結(jié)本章介紹了電路的基本概念，內(nèi)容包括：一、三相電源振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 第一相(U相)電動(dòng)勢(shì)： e1 = Emsin(w t) 第二相(V相)電動(dòng)勢(shì)： e2 = Emsin(w t - 120) 第三相(W相)電動(dòng)勢(shì)： e3 = Emsin(w t + 120) 三相電源中的繞組有星形(亦稱Y形)接法和三角形(亦稱 D 形)接法兩種。二、三相負(fù)載1. 三相負(fù)載的Y形接法在三相四線制電路，線電壓UL是負(fù)載相電壓UYP的倍，即 負(fù)載的相電流IYP等于線電流IYL，即IYL = IYP當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各相電

15、流(或各線電流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120，并且中線電流為零。所以中線可以去掉，即形成三相三線制電路。2三相負(fù)載的 D 形接法負(fù)載做 D 形聯(lián)結(jié)時(shí)只能形成三相三線制電路。顯然不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中負(fù)載相電壓UDP都等于線電壓UL，即 UDP = UL當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，相電流和線電流也一定對(duì)稱。負(fù)載的相電流為線電流IDL等于相電流IDP的倍，即IDL=IDP三、三相功率三相負(fù)載的有功功率等于各相功率之和，即P = P1 + P2 + P3在對(duì)稱三相電路中，無(wú)論負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，由于各相負(fù)載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中 j 為對(duì)稱負(fù)載的阻抗角，也是負(fù)載相電壓與相電流之間的相位差。四、安全用電1觸電方式人體因觸及高電壓的帶電體而承受過(guò)大的電流，以致引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象稱為觸電。觸電對(duì)人體的傷害程度，與流過(guò)人體電流的頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短、電流流過(guò)人體的途徑、以及觸電者本人的情況有關(guān)