第十章三相正弦交流電路

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。2握三相四線制電源的線電壓和相電壓的關系。1. 3掌握對稱三相負載Y形連接和 D 連接時，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。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。序號內(nèi) 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 三相負載的星形連接26實驗10.2 三相負載的三角形連接27本章小結與習題18本章總學時10第一節(jié) 三相交流電源一、三相交流電動勢的產(chǎn)生1對稱三相電動勢振幅

2、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(shù)學表達式為 第一相(U相)電動勢： e1=Emsin(w t) 第二相(V相)電動勢： e2 = Emsin(w t - 120) 第三相(W相)電動勢： 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 對稱三相電動勢波形圖與相量圖2相序三相電動勢達到最大值(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120，e3比

3、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)能夠安全可靠地運行，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)連接。如圖10-2所示。圖10-2 三相繞組的星形接法圖10-3 相電壓與線電壓的相量圖從三相電源三個相頭U1、V1、W1引出的三根導線叫作端線或

4、相線，俗稱火線，任意兩個火線之間的電壓叫做線電壓。Y形公共聯(lián)結點N叫作中點，從中點引出的導線叫做中線或零線。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，它們的瞬時值用u1、u2、u3來表示，顯然這三個相電壓也是對稱的。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，它們的瞬時值用u12、u23、u31來表示。形接法的相量圖如圖10-3所示。顯然三個線電壓也是對稱的。大小(有效值)均為U12 = U23 = U31 = UL =UP

5、線電壓比相對應的相電壓超前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)連接。顯然這時線電壓等于相電壓，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線(三相三線制)，那么就都是火線(沒有中線)，這時所說的三

6、相電壓大小均指線電壓UL；而民用電源則需要引出中線，所說的電壓大小均指相電壓UP?！纠?0-1】已知發(fā)電機三相繞組產(chǎn)生的電動勢大小均為E = 220 V，試求：(1) 三相電源為Y形接法時的相電壓UP與線電壓UL；(2) 三相電源為 D 形接法時的相電壓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) 三相負載的連接圖10-4 三相負載的星形聯(lián)結一、負載的星形聯(lián)結三相負載的星形聯(lián)結如圖10-4所示。該接法有三根火線和

7、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。顯然不管負載是否對稱(相等)，電路中的線電壓UL都等于負載相電壓UYP的倍，即 UL =UYP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，并且中線電流為零。所以中線能夠去掉，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?！纠?0-2】在負載作形聯(lián)接的對稱三相電路中，已知每相負載均為|Z|=

8、20 W，設線電壓UL = 380V，試求：各相電流(也就是線電流)。解：在對稱形負載中，相電壓為相電流(即線電流) 二、負載的三角形聯(lián)結圖10-5 三相負載的三角形聯(lián)結負載做 D 形聯(lián)結時只能形成三相三線制電路，如圖10-5所示。顯然不管負載是否對稱(相等)，電路中負載相電壓UDP都等于線電壓UL，即 UDP = 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IDL等于相電流IDP的倍，即【例10-3】 在對稱三相電路中，負載作 D 形聯(lián)接， 已知每相負載均為|Z|= 50 W，設線電壓UL = 380 V，試求各相電流和線電流。 解：在 D 形負載

9、中，相電壓等于線電壓，即UDP = UL，則相電流、線電流為 【例10-4】 三相發(fā)電機是星形接法，負載也是星形接法，發(fā)電機的相電壓Up = 1000 V，每相負載電阻均為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(lián)結還是三角形聯(lián)結，因為各相負載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中

10、j 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。三相電路的視在功率為三相電路的無功功率為三相電路的功率因數(shù)為 【例10-5】 有一對稱三相負載，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) 負載做星形聯(lián)結時的功率PY；(2) 負載做三角形聯(lián)結時的功率PD。 解：每相阻抗均為，功率因數(shù) (1) 負載做星形聯(lián)結時： 相電壓為線電流等于相電流為 負載的功率 (2) 負載做三角形聯(lián)結時：相電壓等于線電壓 UDP = UDL= 380 V，相電流 線電流 IDL=IDP= 66 A負載的功率 為PY的3倍。第四節(jié) 安全用電一、電流對人體的作

11、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(xiàn)象稱為觸電。觸電對人體的傷害水準，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相關。觸電事故表明，頻率為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(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 W 至幾萬歐不等。通常規(guī)定36 V以下的電壓為安全電壓，對人體安全不構成威脅。常見的觸電方式有單相觸

12、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，某些電氣設備因為導電絕緣破損而漏電時，人體觸及外殼也會發(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) 準確安裝用電設備 電氣設備要根據(jù)說明和要求準確安裝，不可馬虎。帶電部分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

13、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(lián)，而人體的電阻遠比接地電阻大，所以流過人體的電流就很微小，保證了人身安全。(3) 電氣設備的保護接零 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，因為中性線的電阻很小，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

14、斷相運行故障。本 章 小 結一、三相電源振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。對稱三相電動勢瞬時值的數(shù)學表達式為 第一相(U相)電動勢： e1 = Emsin(w t) 第二相(V相)電動勢： e2 = Emsin(w t - 120) 第三相(W相)電動勢： 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、三相負載1. 三相負載的Y形接法在三相四線制電路，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

15、流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120，并且中線電流為零。所以中線能夠去掉，即形成三相三線制電路。2三相負載的 D 形接法負載做 D 形聯(lián)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UDP都等于線電壓UL，即 UDP = 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IDL等于相電流IDP的倍，即IDL=IDP三、三相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(lián)結還是三角形聯(lián)結，因為各相負載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為其中 j 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。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。觸電對人體的傷害水準，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相關