第4章电工电子课件

跳转到第一页第第4章章 三相交流电路三相交流电路 4.1 三相正弦交流电源三相正弦交流电源4.2 三相电路的计算三相电路的计算 4.3 三相电路的功率三相电路的功率4.4 安全用电常识安全用电常识 第4章 三相交流电路 4.1 三相正弦交流电源1跳转到第一页n n1.对称三相电动势的产生对称三相电动势的产生n 三相正弦交流电动势是由三相交流发电机产生三相正弦交流电动势是由三相交流发电机产生的。的。n三相交流发电机主要是由定子和转子两大部分组成。三相交流发电机主要是由定子和转子两大部分组成。在定子铁芯的内圆周表面的凹槽内，装有结构完全在定子铁芯的内圆周表面的凹槽内，装有结构完全相同、在空间彼此相隔机械角的相同、在空间彼此相隔机械角的3个绕组个绕组A-X、B-Y、C-Z，分别称为，分别称为A相绕组、相绕组、B相绕组、相绕组、C相绕组。相绕组。nA、B、C分别是分别是3个绕组的始端个绕组的始端(或首端或首端)；nX、Y、Z分别是分别是3个绕组的末端个绕组的末端(或尾端或尾端)。n发电机的转子铁芯上绕有励磁绕组发电机的转子铁芯上绕有励磁绕组(用直流励磁用直流励磁)，当励磁绕组中通以直流电，在转子中产生磁场。选当励磁绕组中通以直流电，在转子中产生磁场。选择合适的磁极表面形状和励磁绕组的布置情况，定择合适的磁极表面形状和励磁绕组的布置情况，定子与转子间的气隙中的磁感应强度将按正弦规律分子与转子间的气隙中的磁感应强度将按正弦规律分布。布。4.1 三相正弦交流电源三相正弦交流电源1.对称三相电动势的产生4.1 三相正弦交流电源2跳转到第一页 由由3个个频率相同频率相同、振幅相同振幅相同、相位互差相位互差120的正弦电压源所构成的电源称为的正弦电压源所构成的电源称为三相电三相电源源。由三相电源供电的电路称为。由三相电源供电的电路称为三相电路三相电路。三相电源由三相交流发电机产生的。在三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有三相交流发电机中有3个相同的绕组。个相同的绕组。3个绕个绕阻的首端分别用阻的首端分别用A、B、C表示，末端分别用表示，末端分别用X、Y、Z表示。这表示。这3个绕组分别称为个绕组分别称为A相、相、B相、相、C相，所产生的三相电压分别为：相，所产生的三相电压分别为：由3个频率相同、振幅相同、相位互差120的3三个电压三个电压 同幅值同幅值 同频率同频率相位互差相位互差120 三个电压达最大值的先后次序叫三个电压达最大值的先后次序叫相序相序，图，图示相序示相序为为ABC三个电压 同幅值 同频率相位互差120三个电压达最大4跳转到第一页n n2.相序相序n（1）正序或顺序：）正序或顺序：eA超前超前eB 120，eB超前超前 eC 120，而，而eC又超前又超前eA 120，则相序为，则相序为ABCA；n（2）负序或逆序：）负序或逆序：eA超前超前eC 120，eC超前超前eB 120，而，而eB 又超前又超前eA 120，则相序为，则相序为ACBA。n 如无特别说明，三相电动势均采用正相序。如无特别说明，三相电动势均采用正相序。在电力系统中，相序是一个十分重要的概念，在电力系统中，相序是一个十分重要的概念，相序一旦确定，便不可随意更改，这样才能保相序一旦确定，便不可随意更改，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。证电力系统安全可靠地运行。2.相序5跳转到第一页3三相电源的星形连接三相电源的星形连接星形连接星形连接：3个末端连接在个末端连接在一起引出中线，由一起引出中线，由3个首端个首端引出引出3条火线。条火线。每个每个电源电源的电压称为的电压称为相电压相电压火线间电压称为火线间电压称为线电压线电压。3三相电源的星形连接星形连接：3个末端连接在一起引出中线，6跳转到第一页由相量图可得：由相量图可得：可见，三个线电压幅值相同，可见，三个线电压幅值相同，频率相同，相位相差频率相同，相位相差120。由相量图可得：可见，三个线电压幅值相同，频率相同，相位相差17跳转到第一页4三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接注：此种接法如一注：此种接法如一相接反，将造成严相接反，将造成严重后果。重后果。三角形连接三角形连接：将三：将三相绕组的首、末端相绕组的首、末端依次相连，从依次相连，从3个点个点引出引出3条火线。条火线。4三相电源的三角形连接注：此种接法如一相接反，将造成严重后8跳转到第一页4.2 对称三相电路计算对称三相电路计算 如果三相负载的阻抗相等，则称为如果三相负载的阻抗相等，则称为对称对称三相负载三相负载。由对称三相电源和对称三相负载。由对称三相电源和对称三相负载组成的三相电路称为组成的三相电路称为对称三相电路对称三相电路。1对称三相负载星形连接对称三相负载星形连接相电流相电流：负：负载中的电流载中的电流线电流线电流：火：火线中的电流线中的电流4.2 对称三相电路计算 如果三相负载的阻9跳转到第一页中线中没有电流。中线中没有电流。中线中没有电流。10跳转到第一页2对称三相负载三角形连接对称三相负载三角形连接相电流相电流线电流线电流2对称三相负载三角形连接相电流线电流11跳转到第一页n不论负载做星形连接还是做三角形连接，在三相电路中，不论负载做星形连接还是做三角形连接，在三相电路中，三相负载消耗的总有功功率必定等于各相负载上有功功三相负载消耗的总有功功率必定等于各相负载上有功功率之和，在对称三相电路中，由于各相负载相同、各相率之和，在对称三相电路中，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相有功功率为电压大小相等、各相电流也相等，所以三相有功功率为n n 其中，其中，为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。相电流之间的相位差。n类似地，三相电路的总无功功率等于各相负载上的无功类似地，三相电路的总无功功率等于各相负载上的无功功率之和，即功率之和，即n 4.3 三相电路的功率三相电路的功率不论负载做星形连接还是做三角形连接，在三相电路中，三相负载消12跳转到第一页n三相电路的总视在功率为三相电路的总视在功率为n n在对称三相电路中，三相负载的总视在功率等于在对称三相电路中，三相负载的总视在功率等于各相负载上的视在功率之和，各相负载上的视在功率之和，即即n n三相电路的功率因数为三相电路的功率因数为n n三相电路的总瞬时功率等于各相负载上的瞬时功三相电路的总瞬时功率等于各相负载上的瞬时功率之和，即率之和，即三相电路的总视在功率为13跳转到第一页n在对称三相电路中，各相负载的瞬时功率分别为在对称三相电路中，各相负载的瞬时功率分别为n 在对称三相电路中，各相负载的瞬时功率分别为14跳转到第一页n 所以有所以有n 可见，在对称三相电路中，瞬时功率是一个不随时可见，在对称三相电路中，瞬时功率是一个不随时间变化的常量，其数值恰好等于有功功率间变化的常量，其数值恰好等于有功功率P，习惯上称，习惯上称这种性质为这种性质为“瞬时功率平衡瞬时功率平衡”，这说明三相电动机的转矩，这说明三相电动机的转矩是恒定的，从而可以保证电机的平稳运转。这是对称三是恒定的，从而可以保证电机的平稳运转。这是对称三相电路的一个重要优点。相电路的一个重要优点。所以有15跳转到第一页4.4 安全用电安全用电n人体因触及高电压的带电体，使身体承受过大的电人体因触及高电压的带电体，使身体承受过大的电流，以致引起死亡或局部受伤的现象称为触电流，以致引起死亡或局部受伤的现象称为触电。n触电对人体的伤害程度，与流过人体电流的种类、触电对人体的伤害程度，与流过人体电流的种类、频率、大小、通电时间的长短、电流流过人体的途频率、大小、通电时间的长短、电流流过人体的途径，以及触电者本身的情况有关。径，以及触电者本身的情况有关。n通常交流电的危险性大于直流电，因为交流电流主通常交流电的危险性大于直流电，因为交流电流主要是麻痹破坏神经系统，使人体难以自主摆脱，而要是麻痹破坏神经系统，使人体难以自主摆脱，而频率为频率为50100Hz的电流最为危险。而当频率高于的电流最为危险。而当频率高于2000Hz时，交流电由于趋肤效应，危险性将减小。时，交流电由于趋肤效应，危险性将减小。此外，电流流经人体的大脑或心脏时，最容易造成此外，电流流经人体的大脑或心脏时，最容易造成死亡事故死亡事故。1、电流对人体的作用、电流对人体的作用4.4 安全用电人体因触及高电压的带电体，使身体承受过大16跳转到第一页n触电伤人的主要因素是电流的大小。触电伤人的主要因素是电流的大小。n当电流在当电流在0.55mA时，人就会有痛感，但尚可时，人就会有痛感，但尚可忍受，能够自主摆脱；忍受，能够自主摆脱；n当电流大于当电流大于5mA时，人体将发生痉挛，难以忍时，人体将发生痉挛，难以忍受；受；n当电流超过当电流超过50mA时，人体就会产生呼吸困难、时，人体就会产生呼吸困难、肌肉痉挛、中枢神经遭受损害，从而使心脏停肌肉痉挛、中枢神经遭受损害，从而使心脏停止跳动以致死亡。止跳动以致死亡。n根据欧姆定律，电流的大小决定于作用到人体根据欧姆定律，电流的大小决定于作用到人体上的电压和人体的电阻值。通常人体的电阻为上的电压和人体的电阻值。通常人体的电阻为800 至几万欧不等。因此，通常规定至几万欧不等。因此，通常规定36V以下以下的电压为安全电压，对人体安全不构成威胁。的电压为安全电压，对人体安全不构成威胁。但在特别潮湿，有腐蚀性气体的危险场地但在特别潮湿，有腐蚀性气体的危险场地(如金如金属容器内、矿井内属容器内、矿井内)，其手提照明灯或头戴矿灯，其手提照明灯或头戴矿灯的电压不得超过的电压不得超过12V。触电伤人的主要因素是电流的大小。17跳转到第一页n常见的触电方式主要有单相触电和两相触电两种。常见的触电方式主要有单相触电和两相触电两种。n如果人体同时接触两根相线，则形成两相触电，电如果人体同时接触两根相线，则形成两相触电，电流将从一根火线经人手进入人体，再经另一只手流将从一根火线经人手进入人体，再经另一只手回到另一根火线，形成回路，这时人体承受回到另一根火线，形成回路，这时人体承受380V的线电压作用，最为危险。的线电压作用，最为危险。n当人体站在地面上，一只手触及一根相线，则形成当人体站在地面上，一只手触及一根相线，则形成单相触电，电流从火线经人手进入人体，再从脚单相触电，电流从火线经人手进入人体，再从脚经大地和电源的接地装置回到电源中点，这时人经大地和电源的接地装置回到电源中点，这时人体承受体承受220V的相电压，也很危险。事实上，触电的相电压，也很危险。事实上，触电死亡事故中，大部分是单相触电。死亡事故中，大部分是单相触电。n此外，当某些电气设备由于导电绝缘破损而漏电时，此外，当某些电气设备由于导电绝缘破损而漏电时，人体触及外壳也会发生触电事故。人体触及外壳也会发生触电事故。2、触电方式、触电方式常见的触电方式主要有单相触电和两相触电两种。2、触电方式18跳转到第一页n（1）电气设备的保护接地）电气设备的保护接地 n把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与埋在地把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与埋在地中的接地装置可靠地连接起来，这种接地方式叫做中的接地装置可靠地连接起来，这种接地方式叫做保护接地。保护接地。n埋在地下的钢条、钢管就是常见的接地装置，其电埋在地下的钢条、钢管就是常见的接地装置，其电阻不得超过阻不得超过4。n根据规定，在中性点不接地的低压系统中需采用保根据规定，在中性点不接地的低压系统中需采用保护接地。电气设备采用保护接地以后，即使外壳因护接地。电气设备采用保护接地以后，即使外壳因绝缘不好而带电，这时工作人员碰到机壳就相当于绝缘不好而带电，这时工作人员碰到机壳就相当于人体和接地电阻并联，而人体的电阻远比接地电阻人体和接地电阻并联，而人体的电阻远比接地电阻大，因此流过人体的电流就很微小，保证了人身安大，因此流过人体的电流就很微小，保证了人身安全。全。3、保护接地和接零、保护接地和接零（1）电气设备的保护接地 3、保护接地和接零19跳转到第一页n（2）电气设备的保护接零）电气设备的保护接零 n 保护接零就是在电源中性点接地的三相四线制保护接零就是在电源中性点接地的三相四线制中，把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与电中，把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与电源的中性线可靠地连接起来，所以又称保护接中线。源的中性线可靠地连接起来，所以又称保护接中线。这时，如果电气设备某相绕阻的绝缘损坏而碰壳，这时，如果电气设备某相绕阻的绝缘损坏而碰壳，由于中性线的电阻很小，所以短路电流很大，立即由于中性线的电阻很小，所以短路电流很大，立即使该相电路中的熔丝烧断，切断电源，从而消除人使该相电路中的熔丝烧断，切断电源，从而消除人触电的危险。触电的危险。（2）电气设备的保护接零 20跳转到第一页n（1）静电防护静电防护n静电产生于很多情况，比如皮带运输机运行静电产生于很多情况，比如皮带运输机运行时，皮带与皮带轮摩擦起电；物料在粉碎、时，皮带与皮带轮摩擦起电；物料在粉碎、碾压、搅拌、挤压等加工过程中的摩擦起电；碾压、搅拌、挤压等加工过程中的摩擦起电；在金属管道中输送液体或用气体输送粉质物在金属管道中输送液体或用气体输送粉质物料等。还有就是带静电的物体按照静电感应料等。还有就是带静电的物体按照静电感应原理还会对附近的导体在近端感应出异性电原理还会对附近的导体在近端感应出异性电荷，而在远端产生同性电荷，并能在导体表荷，而在远端产生同性电荷，并能在导体表面曲率较大的部分发生尖端放电。面曲率较大的部分发生尖端放电。n静电的危害主要是由于静电放电引起周围易静电的危害主要是由于静电放电引起周围易燃易爆的液体、气体或粉尘起火乃至爆炸；燃易爆的液体、气体或粉尘起火乃至爆炸；还可能使人遭受电击，一般情况下，限于静还可能使人遭受电击，一般情况下，限于静电能量，虽不至于死亡，但可能引起跌倒等电能量，虽不至于死亡，但可能引起跌倒等二次伤害。二次伤害。4、静电防护和电气防爆、静电防护和电气防爆（1）静电防护4、静电防护和电气防爆21跳转到第一页n（2）电气防爆电气防爆n电气设备的绝缘材料电气设备的绝缘材料(包括绝缘油包括绝缘油)多数是可燃物质。多数是可燃物质。或由于材料老化，渗入杂质，因而失去绝缘性能使得或由于材料老化，渗入杂质，因而失去绝缘性能使得可能引起火花、电弧；或由于过载、短路的保护电器可能引起火花、电弧；或由于过载、短路的保护电器失灵使得电器设备过热；或由于绝缘导线端子螺丝松失灵使得电器设备过热；或由于绝缘导线端子螺丝松动，使接触电阻增大而过热等，都可能使绝缘材料燃动，使接触电阻增大而过热等，都可能使绝缘材料燃烧起来并波及周围可燃物而酿成火灾。电烙铁、电炉烧起来并波及周围可燃物而酿成火灾。电烙铁、电炉等电热器使用不当、用完忘记断电也可引起火灾。因等电热器使用不当、用完忘记断电也可引起火灾。因此，用电时应严格遵守安全操作规程，经常检查电气此，用电时应严格遵守安全操作规程，经常检查电气设备运行情况设备运行情况(特别注意升温和异味特别注意升温和异味)、定期检修，防、定期检修，防止这类事故。止这类事故。消除静电的最基本的方法是接地，把物料加工、储消除静电的最基本的方法是接地，把物料加工、储存和运输等设备及管道的金属体统统用导线连接起存和运输等设备及管道的金属体统统用导线连接起来并接地，接地电阻阻值不要求像供电线路中保护来并接地，接地电阻阻值不要求像供电线路中保护接地那么小，但要牢靠，使静电消散或消除。接地那么小，但要牢靠，使静电消散或消除。（2）电气防爆消除静电的最基本的方法是接地，把物料加工、储22跳转到第一页精品课件精品课件！精品课件！23跳转到第一页精品课件精品课件！精品课件！24跳转到第一页n当空气中所含可燃固体粉尘当空气中所含可燃固体粉尘(如煤粉、鞭炮火药粉如煤粉、鞭炮火药粉)和可燃气体达到一定程度时，一旦遇到电火花、电和可燃气体达到一定程度时，一旦遇到电火花、电弧或其他明火就会发生爆炸燃烧。在这类场合应选弧或其他明火就会发生爆炸燃烧。在这类场合应选用防爆型的开关、变压器、电动机等电气设备，这用防爆型的开关、变压器、电动机等电气设备，这类设备装有坚固特殊的外壳，可以避免电气设备中类设备装有坚固特殊的外壳，可以避免电气设备中电火花或电弧的作用波及到设备之外。电火花或电弧的作用波及到设备之外。当空气中所含可燃固体粉尘(如煤粉、鞭炮火药粉)和可燃气体达到25