第6章三相交流電路

1、1 1第6章三相交流電路6.1三相交流電的產(chǎn)生三相交流電的產(chǎn)生6.2三相電源的連接三相電源的連接6.3三相電源和負(fù)載的連接三相電源和負(fù)載的連接6.4三相電路的計算三相電路的計算6.5 三相電路的功率三相電路的功率6.6 安全用電知識安全用電知識2 26.1 三相交流電的產(chǎn)生三相交流電的產(chǎn)生 目前在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民用電力系統(tǒng)中，電能幾乎都是由三相電源提供的，日常生活中所用的單相交流電也取自三相交流電的一相。三相交流電是由三相發(fā)電機產(chǎn)生的，三相發(fā)電機主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，如圖6.1所示。3 3圖6.1 三相發(fā)電機示意圖4 4定子是固定不動的部分，在定子的槽中嵌入三組線圈，即AX、BY和CZ。三組線圈

2、的首端分別記為A、B、C，末端分別記為X、Y、Z。每組線圈稱為一相，每相線圈的匝數(shù)、形狀、參數(shù)都相同，在空間上彼此相差120。轉(zhuǎn)子是一個可以旋轉(zhuǎn)的磁極，由永久磁鐵或電磁鐵組成。在發(fā)電機工作時，轉(zhuǎn)子在外部動力帶動下以角速度旋轉(zhuǎn)，三個定子繞組都會感應(yīng)出隨時間按正弦規(guī)律變化的電勢，這三個電勢的振幅和頻率相同，且由于三組線圈在空間位置上相差120，故相位差互為120。我們稱這組電源為正弦三相對稱電壓源，將其表示為 (6.1)eA=EmsinteB=Emsin(t120)eC=Emsin(t240)=Emsin(t120)5 5式(6.1)的相量形式為A=E0B=E120C=E240=E120(6.2)

3、其波形圖和相量圖如圖6.2所示。6 6圖6.2 三相對稱電勢的波形圖和相量圖(a) 波形圖；(b) 相量圖7 7相電勢依次達到最大值的先后順序稱為相序。若相序為ABC，則稱為正相序；反之，若相序為ACB，則稱為逆相序。不難證明，不論是正相序還是逆相序，三相對稱電勢總有ABC=0(6.3)8 86.2 三相電源的連接三相電源的連接6.2.1 星形連接星形連接(Y連接連接) 將A、B、C三相電源的末端X、Y、Z連在一起，組成一個公共點N，對外形成A、B、C、N四個端子，這種連接形式稱為三相電源的星形連接或Y連接，如圖6.3所示。9 9圖6.3 三相電源的星形連接1010三相電源的首端A、B、C的引

4、出線稱為端線或火線；N稱為中點或零點，中點的引出線稱為中線或零線。流出端線的電流稱為線電流，而每一相線圈中的電流稱相電流。圖6.3 中用?A、?B、?C表示線電流，而用?a、?b、?c表示相電流。端線與端線間的電壓稱為線電壓，依相序分別記為AB、BC、CA；每相繞組兩端的電壓稱為相電壓，分別記為a、b、c。從圖6.3可知，星形連接時，線電流與相電流的關(guān)系為?A=?a，?B=?b，?C=?c(6.4)即星形連接時線電流和對應(yīng)的相電流相等。線電壓與相電壓的相量關(guān)系如圖6.4所示。UUUUUU1111圖6.4 線電壓與相電壓的相量關(guān)系1212 303303303cacCAbcbBCabaABUUUU

5、UUUUUUUUp13UU 從圖6.4可知:由此可知，星形連接時，線電壓是相電壓的倍，相位超前于對應(yīng)的相電壓30。若用Ul表示線電壓的有效值，用Up表示相電壓的有效值，則有3因為三相電源的相電壓對稱，所以在三相四線制的低壓配電系統(tǒng)中，可以得到兩種不同數(shù)值的電壓，即相電壓220 V與線電壓380 V。一般家用電器及電子儀器用220 V電壓，動力及三相負(fù)載用380 V電壓。(6.6)(6.5)13136.2.2 三角形連接三角形連接(連接連接)將三個電源的首尾依次相接組成一個三角形，再從三個端子分別引出端線，這種接法稱為三相電源的三角形連接，簡記為連接。如6.5所示，圖中AZ、BX、CY分別連在一

6、起，引出端線A、B、C，從而構(gòu)成連接。三角形連接時的電壓相量圖如圖6.6所示。1414圖6.5 三相電源的三角形連接1515圖6.6 三角形連接時的電壓相量圖1616顯然，線電壓和相電壓相等， 即cCAbBCaAB,UUUUUUbccaCabbcBcaabAIIIIIIIII(6.7)從圖6.5知，線電流和相電流的關(guān)系為(6.8)假設(shè)該電路所接負(fù)載也是對稱的，那么三個相電流?ab、?bc、?ca也應(yīng)是大小相等、相位依次相差120的對稱電流，如圖6.7所示。線電流和相電流的關(guān)系為1717圖6.7 線電流和相電流的相量關(guān)系1818 303303303cabccaCbcabbcBabcaabAIII

7、IIIIIIIII(6.9)p13II 即三角形連接時，線電壓和相電壓相等，線電流等于相電流的倍，相位滯后相電流30。若用Il表示線電流的有效值，用Ip表示相電流的有效值，則有3此外，三角形連接時必須注意極性，因為只有正確連接，才有0cbaUUU(6.10)這時電源三角形中沒有環(huán)流。如果接反，將會形成很大的環(huán)形電流，燒毀電源。19196.3 三相電源和負(fù)載的連接三相電源和負(fù)載的連接6.3.1 單相負(fù)載單相負(fù)載單相負(fù)載主要包括照明負(fù)載、生活用電負(fù)載及一些單相設(shè)備。單相負(fù)載常采用三相中引出一相的供電方式。為保證各個單相負(fù)載電壓穩(wěn)定，各單相負(fù)載均以并聯(lián)形式接入電路。在單相負(fù)荷較大時，如大型居民樓供電

8、，可將所有單相負(fù)載平均分為三組，分別接入A、B、C三相電路，如圖6.8所示，以保證三相負(fù)載盡可能平衡，提高安全供電質(zhì)量及供電效率。2020圖6.8 單相負(fù)載的連接21216.3.2 三相負(fù)載三相負(fù)載三相負(fù)載主要是一些電力負(fù)載及工業(yè)負(fù)載，三相負(fù)載的連接方式有Y連接和連接。當(dāng)三相負(fù)載中各相負(fù)載都相同(即阻抗大小相等、阻抗角相同)時，稱為三相對稱負(fù)載，否則，即為不對稱負(fù)載。三相負(fù)載的連接方式有：三相四線制Y-Y連接、三相三線制Y-Y連接、Y-連接、-連接、-Y連接等，如圖6.9所示。2222 圖6.9 三相負(fù)載的連接方式(a) 三相三線制Y-Y連接；(b) 三相四線制Y-Y連接；(c) Y-連接；(

9、d) -連接；(e) -Y連接23236.4 三相電路的計算三相電路的計算6.4.1 對稱負(fù)載對稱負(fù)載Y-Y連接的計算連接的計算電路如圖6.10所示， 負(fù)載電壓分別用UA、UB、UC表示，負(fù)載電流分別用Ia、Ib、Ic表示，若三相電源對稱，三相負(fù)載也對稱，即Za=Zb=Zc=|Z|j。此時， 負(fù)載中點與電源中點等電位，若連線阻抗可忽略，可以看做兩個中點是直接相連，所以，每相的計算均可單獨進行。負(fù)載電壓分別為2424圖6.10 對稱負(fù)載Y-Y連接25251201200pcCpbpaAUUUUUUUUU120120pcCcpbBbpaAajjjZUZUIZUZUIZUZUI負(fù)載電流分別為26266

10、.4.2 三角形負(fù)載的計算三角形負(fù)載的計算當(dāng)負(fù)載接成三角形時，則不論電源是Y連接還是連接，負(fù)載上的電壓都是線電壓。如圖6.11所示，設(shè)電源線電壓分別為UAB=Ul0, UBC=Ul120, UCA=Ul120，三相負(fù)載Zab=Zbc=Zca=|Z|j。各相負(fù)載中的電流為 1201201caCAca1bcBCbc1abABabjjjZUZUIZUZUIZUZUI2727圖6.11 負(fù)載的三角形連接2828顯然三相負(fù)載的相電流依然是對稱的。根據(jù)連接線電流與相電流的關(guān)系可知負(fù)載端的線電流90330315033033033031caC1bcB1abAjjjZUIIZUIIZUII由上式可知三相對稱負(fù)載

11、采用三角形連接時，也可以僅計算出其中一相的電流，然后利用對稱關(guān)系求出另外兩相的值。2929【例例6.1】 已知三相電源的線電壓為380 V，今接入兩組對稱三相負(fù)載，分別為ZY=4+j3 ，Z=10+j0 ，如圖6.12(a)所示，求線電流IA。解解 因負(fù)載對稱，故僅計算出一相的電流即可。設(shè)電源相電壓為UA=2200 V，電源線電壓UAB= UA30V。星形負(fù)載的相電流3A)6 . 0j8 . 0(44374437502203j40220YAYAZUIA30380j1030380AABABZUIA08 .65)3030(383303ABAII三角形負(fù)載的相電流三角形負(fù)載的線電流3030對節(jié)點A，

12、端線上總電流 ?A=?YA?A=44(0.8j0.6)65.8=101j26.4 =10415A相量圖如圖6.12(b)所示。3131圖6.12 例6.1電路(a) 線路圖；(b) 相量圖3232【例例6.2】 已知一對稱三角形負(fù)載，接入線電壓為380 V的電源中，測出線電流為15 A，試求每相阻抗的大小。解解 三角形接法時，每相的相電流為A66. 831pIIZUI p9 .4366. 8380pIUZ因負(fù)載所加電壓為線電壓380 V，故所以，每相負(fù)載的大小為3333 6.5 三相電路的功率三相電路的功率三相電路的總功率等于三相負(fù)載各相的功率之和，即P=PA+PB+PC (6.11) 對于三

13、相對稱負(fù)載，各相電壓、電流大小相等，阻抗角相同，故各相的有功功率是相等的，即P=PA+PB+PC=UAIA cosjA+UBIB cosjB+UCIC cosjC =3UpIp cosj其中，Up是相電壓的有效值；Ip是相電流的有效值；j為Up與Ip的相位差；cosj是功率因數(shù)。由于設(shè)備銘牌中給出的電壓、電流值均是指額定線電壓UN和額定線電流IN，故無論是Y連接還是連接, 三相有功功率的常用計算公式都可表示為3434(6.12)jjjcos3cos33cos3NNNNppIUIUIUPjjsin3sin3NNppCBAIUIUQQQPNN223IUQPS同理，三相電路的無功功率為(6.13)三

14、相電路的視在功率為(6.14)測量三相電路的功率，對于三相四線制，應(yīng)對各相分別測量，通過求和得到三相電路的總功率，如圖6.13所示。對于三相三線制電路，可用兩瓦計法測量其功率，如圖6.14所示。3535圖6.13 三相四線制電路功率的測量3636圖6.14 兩瓦計法測量三相三線制電路的功率3737【例例6.3】 一臺三相電動機，額定功率PN=75 kW，UN= 3000 V，cosjN=0.85，效率N=0.82，試求額定狀態(tài)運行時，電機的電流IN為多少? 電機的有功功率、無功功率及視在功率各為多少?解解 電機的額定功率PN是指機軸上輸出的機械功率，則電動機的電功率P為NNNNNNNcos3k

15、W5 .9182. 075jIUPPP又故電機的額定電流IN為3838 A17.2082. 085. 0300031075cos33NNNNNjUPIkVA6 .10771.20300033NNIUSkVar7 .565 .916 .1072222PSQ電機的容量電機消耗的無功功率為39396.6 安全用電知識安全用電知識6.6.1 安全用電注意事項安全用電注意事項(1) 電路應(yīng)由專業(yè)人員設(shè)計安裝，嚴(yán)禁私拉亂接。電路的設(shè)計安裝應(yīng)由專業(yè)人員進行。應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的大小選擇合適的導(dǎo)線及接線方式，并進行可靠的安裝。嚴(yán)禁私拉亂接，造成事故隱患。比如安裝一個節(jié)能燈，可按圖6.15(a)所示方法接線，雖然圖

16、6.15(b)也可以達到控制的目的，但在換節(jié)能燈時不安全，不符合安全規(guī)范。4040圖6.15 開關(guān)的接法4141(2) 合理選用保險器。保險器是按照正常工作電流選擇的。當(dāng)電路發(fā)生短路或過載時，保險絲熔斷，從而斷開電源起到保護作用。保險絲應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定選擇，嚴(yán)禁以粗代細(xì)或用導(dǎo)線代替。(3) 更換電器元件應(yīng)斷電進行。更換電器元件時，應(yīng)先切斷電源開關(guān)，在無電狀態(tài)下進行，防止因不小心發(fā)生觸電事故。(4) 接地線要牢固。電器設(shè)備的外殼接地是一種設(shè)備故障情況的可靠保護，既可以保證外殼始終處于零電位，又可以保證外殼帶電情況下電路接地，使保護裝置(如保險絲)斷開脫離電源。4242(5) 及時更換老化的線路及設(shè)

17、備。老化線路及設(shè)備常有絕緣能力下降、漏電等現(xiàn)象，易造成人員觸電及短路故障，應(yīng)及時處理，消除隱患。(6) 帶電設(shè)備應(yīng)加裝防護隔離裝置。帶電設(shè)備，特別是高壓帶電設(shè)備，應(yīng)有防護隔離措施，按電壓等級設(shè)置圍欄，并設(shè)置明顯標(biāo)志。(7) 遠(yuǎn)離接地點。在線路短路接地點附近，電場的分布往往電勢較高，若以標(biāo)準(zhǔn)跨距l(xiāng)ab=0.8 m計算，則人體承受的跨步電壓為Uab=labE=0.8E在E足夠大時，即使沒有接觸帶電體，也能造成觸電事故。(8) 其它。43436.6.2 觸電事故觸電事故1. 脫離電源脫離電源電源分高壓和低壓兩種。對于250 V以下的低壓電源，常用的脫離方法有：(1) 就近拉開電源開關(guān)或拔出電源插頭。(2) 采用有絕緣手柄的工具就近切斷電源，如