第4章電工電子課件

第4章三相交流電路

4.1三相正弦交流電源4.2三相電路的計(jì)算4.3三相電路的功率4.4安全用電常識(shí)

1.對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。三相交流發(fā)電機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。在定子鐵芯的內(nèi)圓周表面的凹槽內(nèi)，裝有結(jié)構(gòu)完全相同、在空間彼此相隔機(jī)械角的3個(gè)繞組A-X、B-Y、C-Z，分別稱為A相繞組、B相繞組、C相繞組。A、B、C分別是3個(gè)繞組的始端(或首端)；X、Y、Z分別是3個(gè)繞組的末端(或尾端)。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有勵(lì)磁繞組(用直流勵(lì)磁)，當(dāng)勵(lì)磁繞組中通以直流電，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場(chǎng)。選擇合適的磁極表面形狀和勵(lì)磁繞組的布置情況，定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度將按正弦規(guī)律分布。

4.1三相正弦交流電源由3個(gè)頻率相同、振幅相同、相位互差120°的正弦電壓源所構(gòu)成的電源稱為三相電源。由三相電源供電的電路稱為三相電路。三相電源由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。在三相交流發(fā)電機(jī)中有3個(gè)相同的繞組。3個(gè)繞阻的首端分別用A、B、C表示，末端分別用X、Y、Z表示。這3個(gè)繞組分別稱為A相、B相、C相，所產(chǎn)生的三相電壓分別為：三個(gè)電壓同幅值同頻率相位互差120

三個(gè)電壓達(dá)最大值的先后次序叫相序，圖示相序?yàn)锳BC2.相序（1）正序或順序：eA超前eB120

，eB超前eC120

，而eC又超前eA120

，則相序?yàn)锳—B—C—A；（2）負(fù)序或逆序：eA超前eC120

，eC超前eB120

，而eB又超前eA120

，則相序?yàn)锳—C—B—A。如無(wú)特別說(shuō)明，三相電動(dòng)勢(shì)均采用正相序。在電力系統(tǒng)中，相序是一個(gè)十分重要的概念，相序一旦確定，便不可隨意更改，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。3．三相電源的星形連接星形連接：3個(gè)末端連接在一起引出中線，由3個(gè)首端引出3條火線。每個(gè)電源的電壓稱為相電壓火線間電壓稱為線電壓。由相量圖可得：可見(jiàn)，三個(gè)線電壓幅值相同，頻率相同，相位相差120。4．三相電源的三角形連接注：此種接法如一相接反，將造成嚴(yán)重后果。三角形連接：將三相繞組的首、末端依次相連，從3個(gè)點(diǎn)引出3條火線。4.2對(duì)稱三相電路計(jì)算如果三相負(fù)載的阻抗相等，則稱為對(duì)稱三相負(fù)載。由對(duì)稱三相電源和對(duì)稱三相負(fù)載組成的三相電路稱為對(duì)稱三相電路。1．對(duì)稱三相負(fù)載星形連接相電流：負(fù)載中的電流線電流：火線中的電流中線中沒(méi)有電流。2．對(duì)稱三相負(fù)載三角形連接相電流線電流不論負(fù)載做星形連接還是做三角形連接，在三相電路中，三相負(fù)載消耗的總有功功率必定等于各相負(fù)載上有功功率之和，在對(duì)稱三相電路中，由于各相負(fù)載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相有功功率為

其中，

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。類似地，三相電路的總無(wú)功功率等于各相負(fù)載上的無(wú)功功率之和，即

4.3三相電路的功率三相電路的總視在功率為

在對(duì)稱三相電路中，三相負(fù)載的總視在功率等于各相負(fù)載上的視在功率之和，即

三相電路的功率因數(shù)為

三相電路的總瞬時(shí)功率等于各相負(fù)載上的瞬時(shí)功率之和，即在對(duì)稱三相電路中，各相負(fù)載的瞬時(shí)功率分別為

所以有可見(jiàn)，在對(duì)稱三相電路中，瞬時(shí)功率是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常量，其數(shù)值恰好等于有功功率P，習(xí)慣上稱這種性質(zhì)為“瞬時(shí)功率平衡”，這說(shuō)明三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是恒定的，從而可以保證電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。這是對(duì)稱三相電路的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。4.4安全用電人體因觸及高電壓的帶電體，使身體承受過(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)人體電流的種類、頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短、電流流過(guò)人體的途徑，以及觸電者本身的情況有關(guān)。通常交流電的危險(xiǎn)性大于直流電，因?yàn)榻涣麟娏髦饕锹楸云茐纳窠?jīng)系統(tǒng)，使人體難以自主擺脫，而頻率為50~100Hz的電流最為危險(xiǎn)。而當(dāng)頻率高于2000Hz時(shí)，交流電由于趨膚效應(yīng)，危險(xiǎn)性將減小。此外，電流流經(jīng)人體的大腦或心臟時(shí)，最容易造成死亡事故。1、電流對(duì)人體的作用觸電傷人的主要因素是電流的大小。當(dāng)電流在0.5~5mA時(shí)，人就會(huì)有痛感，但尚可忍受，能夠自主擺脫；當(dāng)電流大于5mA時(shí)，人體將發(fā)生痙攣，難以忍受；當(dāng)電流超過(guò)50mA時(shí)，人體就會(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)以致死亡。根據(jù)歐姆定律，電流的大小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(wàn)歐不等。因此，通常規(guī)定36V以下的電壓為安全電壓，對(duì)人體安全不構(gòu)成威脅。但在特別潮濕，有腐蝕性氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)地(如金屬容器內(nèi)、礦井內(nèi))，其手提照明燈或頭戴礦燈的電壓不得超過(guò)12V。常見(jiàn)的觸電方式主要有單相觸電和兩相觸電兩種。如果人體同時(shí)接觸兩根相線，則形成兩相觸電，電流將從一根火線經(jīng)人手進(jìn)入人體，再經(jīng)另一只手回到另一根火線，形成回路，這時(shí)人體承受380V的線電壓作用，最為危險(xiǎn)。當(dāng)人體站在地面上，一只手觸及一根相線，則形成單相觸電，電流從火線經(jīng)人手進(jìn)入人體，再?gòu)哪_經(jīng)大地和電源的接地裝置回到電源中點(diǎn)，這時(shí)人體承受220V的相電壓，也很危險(xiǎn)。事實(shí)上，觸電死亡事故中，大部分是單相觸電。此外，當(dāng)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。2、觸電方式（1）電氣設(shè)備的保護(hù)接地把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與埋在地中的接地裝置可靠地連接起來(lái)，這種接地方式叫做保護(hù)接地。埋在地下的鋼條、鋼管就是常見(jiàn)的接地裝置，其電阻不得超過(guò)4Ω。根據(jù)規(guī)定，在中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中需采用保護(hù)接地。電氣設(shè)備采用保護(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、保護(hù)接地和接零（2）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)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與電源的中性線可靠地連接起來(lái)，所以又稱保護(hù)接中線。這時(shí)，如果電氣設(shè)備某相繞阻的絕緣損壞而碰殼，由于中性線的電阻很小，所以短路電流很大，立即使該相電路中的熔絲燒斷，切斷電源，從而消除人觸電的危險(xiǎn)。（1）靜電防護(hù)靜電產(chǎn)生于很多情況，比如皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)，皮帶與皮帶輪摩擦起電；物料在粉碎、碾壓、攪拌、擠壓等加工過(guò)程中的摩擦起電；在金屬管道中輸送液體或用氣體輸送粉質(zhì)物料等。還有就是帶靜電的物體按照靜電感應(yīng)原理還會(huì)對(duì)附近的導(dǎo)體在近端感應(yīng)出異性電荷，而在遠(yuǎn)端產(chǎn)生同性電荷，并能在導(dǎo)體表面曲率較大的部分發(fā)生尖端放電。靜電的危害主要是由于靜電放電引起周圍易燃易爆的液體、氣體或粉塵起火乃至爆炸；還可能使人遭受電擊，一般情況下，限于靜電能量，雖不至于死亡，但可能引起跌倒等二次傷害。4、靜電防護(hù)和電氣防爆（2）電氣防爆電氣設(shè)備的絕緣材料(包括絕緣油)多數(shù)是可燃物質(zhì)?；蛴捎诓牧侠匣?，滲入雜質(zhì)，因而失去絕緣性能使得可能引起火花、電?。换蛴捎谶^(guò)載、短路的保護(hù)電器失靈使得電器設(shè)備過(guò)熱；或由于絕緣導(dǎo)線端子螺絲松動(dòng)，使接觸電阻增大而過(guò)熱等，都可能使絕緣材料燃燒起來(lái)并波及周圍可燃物而釀成火災(zāi)。電烙鐵、電爐等電熱器使用不當(dāng)、用完忘記斷電也可引起火災(zāi)。因此，用電時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，經(jīng)常檢查電氣設(shè)備運(yùn)行情況(特別注意升溫和異味)、定期檢修，防止這類事故。消除靜電的最基本的方法是接地，把物料加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備及管道的金屬體統(tǒng)統(tǒng)用導(dǎo)線連接起來(lái)并接地，接地電阻阻