三相正弦交流電路講義

1、三相正弦交流電路講義第十章三相正弦交流電路教學重點1. 了解三相交流電源的產生和特點。 2. 掌握三相四線制電源的線電壓和相電壓的關系。 3. 掌握對稱三相負載 Y 聯結和 聯結時，負載線電壓和相電壓、線電流和相電流的關系。4. 掌握對稱三相功率的計算方法。教學難點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系。2. 熟練分析與計算三相電路電壓、電流、功率等。 學時分配序號 內 容學時1第一節(jié)三相交流電源22第二節(jié)三相負載的連接 23第三節(jié)三相電路的功率 14第四節(jié)安全用電 5實驗 10.1三相負載的星形聯結26實驗 10.2三相負載的三角形聯結27本章小結18本章總學時 10第十

2、章三相正弦交流電路第一節(jié) 三相交流電源第二節(jié) 三相負載的聯結第三節(jié)三相電路的功率第四節(jié)平安用電本章小結第一節(jié)三相交流電源一、三相交流電動勢的產生二、三相電源的連接一、三相交流電動勢的產生 動畫 M10-1 三相交流電 1對稱三相電動勢振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差 120 的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。對稱三相電動勢瞬時值的數學表達式為 第一相(U 相)電動勢： e1 = Emsin t 第二相(V 相)電動勢： e2 = Emsin( t 120) 第三相(W 相)電動勢：e3 = Emsin( t 120)顯然，有 e1 e2 e3= 0。波形圖與相量圖如圖 10-1 所示。圖 1

3、0-1對稱三相電動勢波形圖與相量圖 2相序三相電動勢到達最大值(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 120 ，e3 比 e2 超前 120 ， e2 比 e1 超前 120，稱這種相序為負相序或逆相序。相序是一個十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠平安可靠地運行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術標準，一般在配電盤上用黃色標出 U 相，用綠色標出 V 相，用紅色標出 W 相。二、三相電源的連接三相電源有星形(亦稱 Y )接法和三角形(亦稱 聯結兩種。1三相電源的星形(

4、Y 形)聯結 將三相發(fā)電機三相繞組的末端 U2、V2、W2 (相尾)連接在一點，始端 U1、V1、W1 (相頭)分別與負載相連，這種連接方法叫做星形(Y 形)聯結。如圖 10-2 所示。 圖 10-2三相繞組的星形聯結 從三相電源三個相頭 U1、V1、W1 引出的三根導線叫作端線或相線，俗稱火線，任意兩個火線之間的電壓叫做線電壓。Y 公共連接點 N 叫作中性點，從中點引出的導線叫做中性線或零線。由三根相線和一根中性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，它們的瞬時值用 u1、u2、u3 來表示，顯然這三個相電壓也

5、是對稱的。相電壓大小(有效值)均為U1 = U2 = U3 = UP 圖 10-3相電壓與線電壓的相量圖 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，它們的瞬時值用 u12、u23、u31 來表示。接法的相量圖如圖 10-3 所示。 顯然三個線電壓也是對稱的。大小(有效值)均為線電壓比相應的相電壓超前 30 ，如線電壓 u12 比相電壓 u1 超前 30 ，線電壓 u2 3 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)聯結 將三相發(fā)電機的第二繞組始端 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

6、端 V2 相連、第一繞組始端 U1 與第三繞組的末端 W2 相連，并從三個始端 U1、V1、W1 引出三根導線分別與負載相連，這種連接方法叫做三角形(形)聯結。顯然這時線電壓等于相電壓，即UL = UP這種沒有中性線、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線(三相三線制)，那么就都是火線(沒有中性線)，這時所說的三相電壓大小均指線電壓 UL ；而民用電源那么需要引出中性線，所說的電壓大小均指相電壓 UP 。 【例10-1】發(fā)電機三相繞組產生的電動勢大小均為 E = 220 V，試求：(1) 三相電源為 Y 聯結時的相電壓 UP 與線電壓 UL

7、；(2) 三相電源為 聯結時的相電壓 UP 與線電壓 UL 。 解：(1) 三相電源 Y 聯結：相電壓 UP = E = 220 V，線電壓 (2) 三相電源 聯結：相電壓 UP = E = 220 V，線電壓UL = UP = 220 V第二節(jié) 三相負載的聯結一、負載的星形聯結二、負載的三角形聯結一、負載的星形聯結三相負載的星形聯結如圖 10-4 所示。圖 10-4三相負載的星形聯結 該接法有三根火線和一根零線，叫做三相四線制電路被圖片疊壓，在這種電路中三相電源也是必須是 Y 聯結，所以又叫做 YY 接法的三相電路。顯然不管負載是否對稱(相等)，電路中的線電壓 UL 都等于負載相電壓 UYP

8、 的倍，即負載的相電流 IYP 等于線電流 IYL ，即IYL = IYP 當三相負載對稱時，即各相負載完全相同，相電流和線電流也一定對稱(稱為 YY 形對稱三相電路)。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，并且中性線電流為零。所以中性線可以去掉，即形成三相三線制電路，也就是說對于對稱負載來說，不必關心電源的接法，只需關心負載的接法。【例10-2】在負載作 Y 聯結的對稱三相電路中，每相負載均為 |Z|= 20 ，設線電壓 UL = 380 V，試求：各相電流(也就是線電流)。解：在對稱 Y 負載中，相電壓 相電流(即線電流)為 二、負載的三角形聯結負載做 聯結時只

9、能形成三相三線制電路，如圖10-5 所示。圖 10-5三相負載的三角形聯結 顯然不管負載是否對稱(相等)，電路中負載相電壓 UP 都等于線電壓 UL ，即UP = UL當三相負載對稱時，即各相負載完全相同，相電流和線電流也一定對稱。負載的相電流為線電流 IL 等于相電流 IP 的 倍，即【例10-3】 在對稱三相電路中，負載作 形聯接， 每相負載均為 |Z|= 50 ，設線電壓 UL = 380 V，試求各相電流和線電流。解：在 聯結負載中，相電壓等于線電壓，即 UP = UL ，那么相電流線電流 【例 10-4】 三相發(fā)電機是星聯結，負載也是星形聯結，發(fā)電機的相電壓 Up = 1000 V，

10、每相負載電阻均為 R = 50 k，XL = 25 k。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) 線電壓第三節(jié)三相電路的功率三相負載的有功功率等于各相功率之和，即P = P1 P2 P3在對稱三相電路中，無論負載是星形聯結還是三角形聯結，由于各相負載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中 為對稱負載的阻抗角，也是負載相電壓與相電流之間的相位差。三相電路的功率因數為 【例 10-5】 有一對稱三相負載，每相電阻為 R = 6 ，電抗 X = 8 ，三相電源的線電壓為 UL = 380 V。求

11、：(1) 負載做星形聯結時的功率 PY；(2) 負載做三角形聯結時的功率 P。解：每相阻抗均為 功率因數 (1) 負載做星形聯結時： 相電壓 線電流等于相電流 負載的功率相電壓等于線電壓 UP = UL= 380 V相電流 線電流IL= IP= 66 A負載的功率為 PY 的 3 倍(2)負載做三角形聯結時： 第四節(jié)平安用電一、電流對人體的作用二、常用的平安措施一、電流對人體的作用人體因觸及高電壓的帶電體而承受過大的電流，以致引起死亡或局部受傷的現象稱為觸電。觸電對人體的傷害程度，與流過人體電流的頻率、大小、通電時間的長短、電流流過人體的途徑、以及觸電者本人的情況有關。 觸電事故說明，頻率為

12、50 100 Hz 的電流最危險，通過人體的電流超過 50 mA(工頻)時，就會產生呼吸困難、肌肉痙攣、中樞神經遭受損害從而使心臟停止跳動以至死亡；電流流過大腦或心臟時，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 至幾萬歐不等。通常規(guī)定 36 V 以下的電壓為平安電壓，對人體平安不構成威脅。 常見的觸電方式有單相觸電和兩相觸電。人體同時接觸兩根相線，形成兩相觸電，這時人體受 380 V 的線電壓作用，最為危險。單相觸電是人體在地面上，而觸及一根相線，電流通過人體流入大地造成觸電。此外，某些電氣設備由于導電絕緣破損而漏

13、電時，人體觸及外殼也會發(fā)生觸電事故。二、常用的平安措施為防止發(fā)生觸電事故，除應注意開關必須安裝在火線上以及合理選擇導線與熔絲外，還必須采取以下防護措施。 (1)正確安裝用電設備 電氣設備要根據說明和要求正確安裝，不可馬虎。帶電局部必須有防護罩或放到不易接觸到的高處，以防觸電。(2)電氣設備的保護接地 把電氣設備的金屬外殼用導線和埋在地中的接地裝置連接起來，叫做保護接地，適用于中性點不接地的低壓系統(tǒng)中。電氣設備采用保護接地以后，即使外殼因絕緣不好而帶電，這時工作人員碰到機殼就相當于人體和接地電阻并聯，而人體的電阻遠比接地電阻大，因此，流過人體的電流就很微小，保證了人身平安。(3)電氣設備的保護接

14、零 保護接零就是在電源中性點接地的三相四線制中，把電氣設備的金屬外殼與中性線連接起來。這時，如果電氣設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 。 (4)使用漏電保護裝置 漏電保護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事故以及監(jiān)視或切除一相接地故障。有的漏電保護裝置還能切除三相電動機的斷相運行故障。本章小結本章介紹了電路的根本概念，內容包括：一、三相電源二、三相負載三、三相功率四、平安用電最大值相等、頻率相同，在相位上彼此相差 120 的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。對稱三相電動勢

15、瞬時值的數學表達式為 第一相(U 相)電動勢： e1 = Emsin( t) 第二相(V 相)電動勢： e2 = Emsin( t 120) 第三相(W 相)電動勢： e3 = Emsin( t 120)三相電源中的繞組有星形(亦稱 Y)聯結和三角形(亦稱)聯結兩種。一、三相電源1. 三相負載的 Y 聯結 在三相四線制電路，線電壓 UL 是負載相電壓 UYP 的 倍，即負載的相電流 IYP 等于線電流 IYL ，即IYL = IYP 當三相負載對稱時，即各相電流(或各線電流)最大值相等、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。二、三相負載2三相負載的 聯結 負載做 聯結時只能形成三相三線制電路。顯然不管負載是否對稱(相等)，電路中負載相電壓 UP 都等于線電壓 UL，即UP = UL 當三相負載對稱時，相電流和線電流也一定對稱。負載的相電流為 線電流 IL 等于相電流 IP 的倍，即 IL=IP三相負載的有功功率等于各相功率之和，即P = P1 P2 P3在對稱三相電路中，無論負載是星形聯結還是三角形聯結，由于各相負載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中 為對稱負載的阻抗角，也是負載相電壓與相電流之間的相位差。 三、三相功率1觸電方式 人體因觸及高