三相正弦交流電路

1、第三章,三相正弦交流電路,第十章三相正弦交流電路,教學(xué)重點(diǎn) 1. 了解三相交流電源的產(chǎn)生和特點(diǎn)。 2. 掌握三相四線制電源的線電壓和相電壓的關(guān)系。 3. 掌握對(duì)稱三相負(fù)載 y 聯(lián)結(jié)和 聯(lián)結(jié)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。,教學(xué)難點(diǎn) 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。,第三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(fù)載的聯(lián)結(jié),第三節(jié)三相電路的功率,本章小結(jié),第四節(jié)安全用電,第一節(jié)三相交流電源,一、三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生,二、三相電源的連接,a,x,y,c,b,z

2、,s,n,三線圈空間位置各差120o,轉(zhuǎn)子裝有磁極并以 的速度旋轉(zhuǎn)。 三個(gè)線圈中便 產(chǎn)生三個(gè)單相電動(dòng)勢(shì)。,三相交流電路,目前，電能的產(chǎn)生、輸送和分配，基本都采用三相交流電路。三相交流電路就是由三個(gè)頻率相同，最大值相等，相位上互差120電角的正弦電動(dòng)勢(shì)組成的電路。 這樣的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)。 廣泛應(yīng)用三相交流電路的原因， 是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn) (1) 在相同體積下， 三相發(fā)電機(jī)輸出功率比單相發(fā)電機(jī)大； (2) 在輸送功率相等、 電壓相同、 輸電距離和線路損耗都相同的情況下，三相制輸電比單相輸電節(jié)省輸電線材料， 輸電成本低；(3) 與單相電動(dòng)機(jī)相比，三相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉， 性能良

3、好，維護(hù)使用方便。,一、三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生,1對(duì)稱三相電動(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 t 第二相(v 相)電動(dòng)勢(shì)： e2 = emsin( t 120) 第三相(w 相)電動(dòng)勢(shì)：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 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

4、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?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。,三相發(fā)電機(jī)實(shí)物圖（內(nèi)部）,發(fā)電機(jī)實(shí)物圖,單相發(fā)發(fā)機(jī)原理圖,單相發(fā)電機(jī)原理圖,u,三相電動(dòng)機(jī)模型,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(lián)結(jié)兩種。,1三相電源的星形( y 形)聯(lián)結(jié),將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端 u2、v2、w2

5、 (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)聯(lián)結(jié)。如圖 10-2 所示。,圖 10-2三相繞組的星形聯(lián)結(jié),從三相電源三個(gè)相頭 u1、v1、w1 引出的三根導(dǎo)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。 公共連接點(diǎn) n 叫作中性點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)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(shí)值用 u1、u2、u3 來表示，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 = u

6、3 = 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(shí)值用 u12、u23、u31 來表示。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,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 u2 3 比相電壓 u2 超前 30 ，線電壓 u31 比相電壓 u3 超前 30 。,實(shí)際應(yīng)用,由此可見， 我們平日所用的220 v電壓是指相電壓， 即火線和中線之間的電壓，380v電壓是指火線和火線之間的電壓， 即線電壓。所以，三相四線制供電方式可給我們提供兩種電壓

7、。,2三相電源的三角形( 形)聯(lián)結(jié),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)聯(lián)結(jié)。顯然這時(shí)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(dǎo)線(三相三線制)，那么就都是火線(沒有中性線)，這時(shí)所說的三相電壓大小均指線電壓 ul ；而民用電源則需要引出中性線，所說的電壓大小均指相電壓 up 。,

8、【例10-1】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 聯(lián)結(jié)時(shí)的相電壓 up 與線電壓 ul；(2) 三相電源為 聯(lián)結(jié)時(shí)的相電壓 up 與線電壓 ul 。,解：(1) 三相電源 y 聯(lián)結(jié)：相電壓 up = e = 220 v，線電壓,(2) 三相電源 聯(lián)結(jié)：相電壓 up = e = 220 v，線電壓,ul = up = 220 v,第二節(jié) 三相負(fù)載的聯(lián)結(jié),一、負(fù)載的星形聯(lián)結(jié),二、負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié),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),該接法有三根火線和一根零線，叫做三相四線制電路被圖片疊壓

9、，在這種電路中三相電源也是必須是 y 聯(lián)結(jié)，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,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(duì)于對(duì)稱負(fù)載來說，不必關(guān)心電源的接法，只需關(guān)心負(fù)載的接法。,【例10-2】在負(fù)載作 y 聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相電路中，已知每相負(fù)載均為 |z|=

10、 20 ，設(shè)線電壓 ul = 380 v，試求：各相電流(也就是線電流)。,解：在對(duì)稱 y 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 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 up 都等于線電壓 ul ，即 up = 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 il 等于相電流 ip 的 倍，即,【例10-3】 在對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作 形聯(lián)接， 已知每相負(fù)載均為 |z|= 50 ，設(shè)線電壓 ul = 380 v，試求各相電流和

11、線電流。,解：在 聯(lián)結(jié)負(fù)載中，相電壓等于線電壓，即 up = ul ，則相電流,線電流,【例 10-4】 三相發(fā)電機(jī)是星聯(lián)結(jié)，負(fù)載也是星形聯(lián)結(jié)，發(fā)電機(jī)的相電壓 up = 1000 v，每相負(fù)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(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 為

12、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。,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 ，電抗 x = 8 ，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 p。,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,第四節(jié)安全用電,一、電流對(duì)人體的作用,二、常用的安全措施,一、電流對(duì)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(xiàn)象稱為觸電。觸電對(duì)人體的傷害程度，與流過人體電流的頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)

13、短、電流流過人體的途徑、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)，通過人體的電流超過 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 至幾萬歐不等。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

14、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(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，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

15、阻遠(yuǎn)比接地電阻大，因此，流過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。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,二、三相負(fù)載,三、三相功率,四、安

16、全用電,最大值相等、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( t) 第二相(v 相)電動(dòng)勢(shì)： e2 = emsin( t 120) 第三相(w 相)電動(dòng)勢(shì)： e3 = emsin( t 120),三相電源中的繞組有星形(亦稱 y)聯(lián)結(jié)和三角形(亦稱)聯(lián)結(jié)兩種。,一、三相電源,1. 三相負(fù)載的 y 聯(lián)結(jié),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)，即各相電流(或各線電流)最大值相

17、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(fù)載,2三相負(fù)載的 聯(lián)結(jié),負(fù)載做 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 up 都等于線電壓 ul，即,up = 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 il 等于相電流 ip 的倍，即,il=ip,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 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。,三、三相功率,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(duì)人體的傷害程度，與流過人體電流的頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短、電流流過人體