第4章-三相交流电路课件

第第4章章 三相电路三相电路4.1 三相电源三相电源4.2 三相电路的分析三相电路的分析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(自学自学)4.NS AZBXCYNS AZBXCYNS AZBXCY4.1.1 4.1.1 三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生AXeeBYeeCZee(1)t=0 时，时，A相绕组相绕组的的感应感应电动势达到最大。电动势达到最大。(2)t=120时时,B相绕组的相绕组的感应感应电动势达到最大。电动势达到最大。(3)t=240时时,C相绕组的相绕组的感应感应电动势达到最大。电动势达到最大。4.1 三相电源三相电源三相交流发电三相交流发电机结构示意图机结构示意图各相各相绕组绕组中中感应感应电动势的正方向电动势的正方向1 4.三相对称电动势三相对称电动势三相对称电动势三相对称电动势eAAXeBBYeCCZeAeBeC t0Em Em2 eA=Emsin teB=Emsin(t 120)eC=Emsin(t+120)三相对称电动势的幅值相等三相对称电动势的幅值相等,频率相同频率相同,彼此间的相位差也相等。彼此间的相位差也相等。相序相序A-B-C120EAECEB120 120相量图相量图1+4.4.1.2 三相电源的联接三相电源的联接ABCEAECEBUAUBUCUBCUABUCA1.1.发电机发电机发电机发电机绕组星形绕组星形绕组星形绕组星形联接联接联接联接UAEA=UBEB=ECUC=发电机发电机绕组星形绕组星形联接联接,可提供两种数值的电压。可提供两种数值的电压。相电压相电压线电压线电压N中中性性点点中性线中性线中性线中性线相线相线相线相线相线相线相线相线相线相线相线相线UABUAUB=UBCUBUC=UCAUCUA=1+4.=UP 120UB30发电机发电机绕组星形绕组星形联接时线电压与相电压的关系联接时线电压与相电压的关系UABUAUB=3030UAUBUCUABUBUBCUCUCAUA=UP 0UA相电压相电压线电压线电压UC=UP 240UA=30UL=UP在大小关系上，线电压是相电压的在大小关系上，线电压是相电压的 倍，倍，在相位上在相位上,线电压比线电压比相应的相应的相应的相应的相电压超前相电压超前30 。1UBC=UB 30UCA=UC 30结论结论 4.请牢记请牢记请牢记请牢记6 6个电压个电压个电压个电压之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系例例:发电机发电机绕组星形绕组星形联接联接,已知线电压已知线电压 UCA=380 120 V，试试求：求：UBCUABUAUBUC和和、303030UAUBUC=380 0 VUAB解：解：解：解：由由相量图得相量图得UBC=380 120 VUA=220 30 VUB=220 150 VUC=220 90 VUABUCAUBC=380/=220V3UP=UL/31 4.eA+eB+eC=02.2.三相三相三相三相绕组三角形绕组三角形绕组三角形绕组三角形联接联接联接联接EA+EB+EC=0对称对称UBCUAB UCA EAEB EC 提供一组三相对称电压提供一组三相对称电压AXBYCZUBCUABUCAEAECEB1 +4.由三相电源供电的负载称为由三相电源供电的负载称为三相负载。三相负载。三相负载。三相负载。三相负载采用何种联接方式由三相负载采用何种联接方式由负载的额定电压负载的额定电压决定。决定。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源线线电压时采用电压时采用三角形三角形联接。联接。当负载额定电压等于电源当负载额定电压等于电源相相电压时采用电压时采用星形星形联接；联接；4.2 三相交流电路的分析三相交流电路的分析4.2.1 负载的联接负载的联接额定电压额定电压 UN线电压线电压 UL相电压相电压 UP均为均为有效值有效值2 4.ABCN对称负载对称负载不对称负载不对称负载 当单相负载当单相负载的额定电压等的额定电压等于电源的相电于电源的相电压时，应将负压时，应将负载接在相线与载接在相线与中性线之间。中性线之间。三相四线制电路三相四线制电路2星星形形联联接接4.2.1 负载星形负载星形(Y形形)联接的三相电路联接的三相电路 4.IA=UAZAIB=UBZBIC=UCZC=INIAIBIC+ABCUAUBUCNZAZBZCIAINIBICA 1.1.三相不对称负载三相不对称负载三相不对称负载三相不对称负载 每相负载上的电压等于电源的每相负载上的电压等于电源的相电压相电压,可分别计算各相负载中的电流可分别计算各相负载中的电流,即即24.2.1 负载星形联接的三相电路负载星形联接的三相电路+BCN 4.2.三相对称负载三相对称负载ZA=ZB=ZC=Z ,IA 与与 是一组对称三相电流。是一组对称三相电流。IC、IB中性线电流中性线电流=INIAIBIC+=0三相负载对称时可以不要中性线三相负载对称时可以不要中性线相量图相量图断开中性线后断开中性线后,仍有仍有 UN =UNABCUAUBUCNIBICINIBICUAUBUC IA2+IAC N A B ZAZBZC 4.C UCICC ABUAUBNIAINIB例例例例1 1：已知对称三相电源的相电压已知对称三相电源的相电压UP=220V，ZA=5，ZB=10，ZC=20 ,各相负载的各相负载的UN=220V。试求：有中性线和无中性线两种情况下，各相负试求：有中性线和无中性线两种情况下，各相负 载的相电压、相电流及中性线电流载的相电压、相电流及中性线电流,画出相量图。画出相量图。N A B 2+ZAZBZC 4.INUAUBUCIA解：（解：（解：（解：（1 1）有中性线有中性线有中性线有中性线 =220 0 VUA =220 120VUB =220+120 VUC=IA+IB+ICIN =29.1 19.1 A19.1IBICZA=5，ZB=10，ZC=20=44 0 AIA=UA ZA=11+120 AIC=UC ZC=22 120AIB=UB ZB相量图相量图2 4.（2 2）无中性线无中性线无中性线无中性线先用结点电位法求出负载中性点与电源中性点间的电压先用结点电位法求出负载中性点与电源中性点间的电压=83.2 19 V.UNN+UB ZB=UA ZA+UC ZC+ZC1+ZB1ZA1ABCUAUBUCNNZAZBZCIAIBICUBUAUC各相负载的相电压各相负载的相电压=UA.UNNUA=144 11 V=UB.UNNUB=249.5-139o V=UC.UNNUC=288 131o V2+4.139o131oUBUCUNN.ICIB各相负载的相电流各相负载的相电流=28.8 11 A IAUA=ZAUAUBUC相量图相量图UA11 IBUB=ZB=24.95 -139o A ICUC=ZC=14.4 131o AIA2 4.ABCUAUBUCNINIBIC例例2：在有中性线和无中性线两种情况下，分析：在有中性线和无中性线两种情况下，分析A相负载发生短路或断路时电路的工作情况。相负载发生短路或断路时电路的工作情况。（1 1）有中性线）有中性线）有中性线）有中性线 ,A,A相负载发生短路相负载发生短路相负载发生短路相负载发生短路FU短路短路IA很大很大=0IA 仅仅A相熔断器熔断，相熔断器熔断，B相、相、C相负载仍正常工作。相负载仍正常工作。FUFU2熔断熔断+C N A B ZAZBZC解：解：解：解：4.ABUAUBNIB（2 2）无中性线）无中性线）无中性线）无中性线 ,A,A相负载发生短路相负载发生短路相负载发生短路相负载发生短路FUIAB相、相、C相负载承受电源线电压，相负载承受电源线电压，IB、IC增大，增大，IB=(IAIC+)FU不一定熔断不一定熔断,B相、相、C相负载相负载损坏损坏损坏损坏。C UCICFUFU2+短路短路C N A B ZAZBZC 4.ABUAUBNINIB（3 3）有中性线）有中性线）有中性线）有中性线,A,A相断路相断路相断路相断路SB相、相、C相负载正常工作相负载正常工作,不受影响。不受影响。C UCICFU FUFU2+C N A B ZAZBZC 4.（4 4）无中性线）无中性线）无中性线）无中性线 ,A,A相断路相断路相断路相断路B相、相、C相负载串联，接在线电压相负载串联，接在线电压 上，上，UBC仍不能正常工作。仍不能正常工作。ABNIBSFUN ABC ICCFUFU2UAUBUC+ZAZBZC 4.从以上的例题可以看出：从以上的例题可以看出：(1)负载不对称而又没有中性线时负载不对称而又没有中性线时,负载的相电压就负载的相电压就 不对称，有的相的电压高于负载的额定电压，不对称，有的相的电压高于负载的额定电压，有的低于负载的额定电压，这都是不允许的。有的低于负载的额定电压，这都是不允许的。三相负载的相电压必须对称。三相负载的相电压必须对称。(2)不对称负载不对称负载星形星形联接时必须有中性线。联接时必须有中性线。中性线的作用就在于使中性线的作用就在于使中性线的作用就在于使中性线的作用就在于使星形星形星形星形联接的不对称负载联接的不对称负载联接的不对称负载联接的不对称负载 的相电压对称。的相电压对称。的相电压对称。的相电压对称。中性线（指干线）内不应接入中性线（指干线）内不应接入 熔断器或闸刀开关，以保证中性线不断开。熔断器或闸刀开关，以保证中性线不断开。结结 论论 2 4.ABCN 当负载的额定电压等于电源的线电压时，应将当负载的额定电压等于电源的线电压时，应将负载接在两根相线之间，形成三角形联接。负载接在两根相线之间，形成三角形联接。AX BYC Z4.2.3 负载三角形联接的三相电路负载三角形联接的三相电路2三相三线制电路三相三线制电路三相三线制电路三相三线制电路三角形三角形联接联接 4.ABCZBCZCAZABUBCUABUCAIBICIAIBCIABICA 三相负载三相负载三角形三角形联接时，负载的联接时，负载的相电压相电压等于电源的等于电源的线电压。因此，不论负载对称线电压。因此，不论负载对称与否，其相电压总是对称的。与否，其相电压总是对称的。IAB=UABZABIBC=UBCZBCICA=UCAZCA相电流相电流线电流线电流IBIBCIAB=IAIABICA=ICICAIBC=2+4.对称负载对称负载三角形三角形联接联接ZAB=ZBC=ZCA=Z=Z 与与 是一组对称三相电流；是一组对称三相电流；、IBCIABICA相电流相电流IA与与 也是一组对称三相电流。也是一组对称三相电流。IC、IB线电流线电流IBIBCIAB=IAIABICA=ICICAIBC=2ABCUBCUABUCAIBICIAIBCIABICA+ZBCZCAZAB 4.对称负载对称负载三角形三角形联接时，电压、联接时，电压、电流的相量图电流的相量图UBCUABUCA30o IAIABICAIBCICA30oICIBC30oIBIAB=3IAIAB-30=3IBIBC-30=3ICICA-30 2IL=IP 33 3在大小关系上，线电流是相电流的在大小关系上，线电流是相电流的在大小关系上，线电流是相电流的在大小关系上，线电流是相电流的 倍，在相位上倍，在相位上倍，在相位上倍，在相位上,线电流比相应的相电流滞后线电流比相应的相电流滞后线电流比相应的相电流滞后线电流比相应的相电流滞后3030 。4.ABCIBICIBCIABICARRRNIAI IANAN 例例例例3:3:三相对称电源三相对称电源 负载负载 R=38 ,UN=380V。接在接在A与与N之间的单相负载之间的单相负载 P=1100W，cos =0.5(感性感性)，试求各相电流和线，试求各相电流和线电电 流，并画出相量图流，并画出相量图。IAB=10 0o AIBC=10 120o AICA=10 120o AP=UAIAN cos =220 IAN 0.5=1100 W IAN=10 A解：解：解：解：UAB=380 0o V，三相电阻炉每相，三相电阻炉每相2IA 4.UBCUABUCAIAIABICAIBCI IANAN 51.2o=24 51.2oA=17.3 150oAIB=17.3 +90oAIC IAN=10 90oA=10 3 30oA=10 3 150oA=j10+15 j5 3=15 j18.6630o30o30oUA=220 30 VICICAIBC=10 3+90oAIBIBCIAB=IBICIAIABICA=IAIA=IAIAN+2 4.1.三相负载不对称三相负载不对称1 1.有功功率：有功功率：有功功率：有功功率：P P=P PA A+P PB B+P PC C，2 2.无功功率：无功功率：无功功率：无功功率：Q Q =Q QA A+Q QB B+Q QC C，Q QA A=U UAP AP I IAPAP sinsin A A 3 3.视在功率：视在功率：视在功率：视在功率：S=S=P P2 2+Q Q2 2 =3 3 U UL L I IL L coscos 2 2.无功功率：无功功率：无功功率：无功功率：Q=Q=3 3Q QA A =3 3U UP P I IP P sinsin =3 3 U UL L I IL L sinsin 3 3.视在功率：视在功率：视在功率：视在功率：S S =P P 2 2 +Q Q 2 2=3 3 U UL L I IL L P PA A=U UAP AP I IAPAP coscos A A Y Y:UL=3 UP;IL=IP :UL=UP;IL=3 IP1 1.有功功率：有功功率：有功功率：有功功率：P=P=3 3P PA A=3 3U UP P I IP P coscos 4.3 三相电路的功率三相电路的功率2.三相负载对称三相负载对称注意注意:式中的式中的 角仍为相电压与相电流之间的相位差。角仍为相电压与相电流之间的相位差。3 4.例例例例4 4：已知三相四线制电路中，电源线电压有效值为已知三相四线制电路中，电源线电压有效值为380V，相序为相序为A-B-C，负载为负载为 Y 形连接，负载阻抗分别为形连接，负载阻抗分别为 ZA=22，ZB=2260，ZC=1130，试求：各相电流和中线电流的有效值。试求：各相电流和中线电流的有效值。解：解：IA=10 0 AUAZA22220 0 IB=10 60 AUBZB22 60 220 120 IC=20 150 AUCZC11 30 220 +120 IN=IA+IB+IC=10 0+10 60+20 150=17.32 30+20 +150 =2.68 150 A IA=IB=10 A，IC=20 A，IN=2.68 A UBUAUCIAIBICINIA+IB3 4.解：解：Z Z Z IA IALIAYABCUABZY3例例例例5 5：已知已知uAB=380 2 sin(t+30)V,三角形负载三角形负载 P=10kW,cos =1，星形负载星形负载 PY=5kW，cos Y=0.5(感性感性)，求求:IA ,IAY,IALIA =3 UL cos P 0=3 380110000 0 =15.2 0 AIAY=3 UL cos YPY 60 =3 3800.5 5000 60 =15.2 60 A=26.3 30 AIAL=IA +IAY=15.2 0 +15.2 60 3+4.触电事故触电事故是指人体由于不慎触及带电体，使人体受到伤害。是指人体由于不慎触及带电体，使人体受到伤害。按人体所受伤害方式的不同，触电事故可分为按人体所受伤害方式的不同，触电事故可分为电击电击和和电伤电伤。电击电击主要是电流通过人体内部，影响呼吸、心脏和神经系主要是电流通过人体内部，影响呼吸、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏，乃至死亡。统，造成人体内部组织的破坏，乃至死亡。电伤电伤主要是指在电弧的作用下，或熔断丝熔断时，对人体主要是指在电弧的作用下，或熔断丝熔断时，对人体的伤害，如烧伤、金属溅伤等。的伤害，如烧伤、金属溅伤等。4.4 安全用电常识安全用电常识4.4.1 触电的危害触电的危害电击所电击所引起的伤害程度与下列因素有关：引起的伤害程度与下列因素有关：1.人体电阻的大小；人体电阻的大小；2.电流通过时间长短；电流通过时间长短；3.电流的大小。电流的大小。4 4.4.4.2 触电方式触电方式（1）电源中性点接地的单相触电）电源中性点接地的单相触电 人体处于相电压之下，人体处于相电压之下，危险性较大。如果人体与危险性较大。如果人体与地面的绝缘较好，危险性地面的绝缘较好，危险性可大大减小。可大大减小。1.1.单相触电单相触电单相触电单相触电4 4.（1）电源中性点接地的单相触电）电源中性点接地的单相触电（2）电源中性点不接地的单相触电）电源中性点不接地的单相触电 导线与地面之间的绝缘导线与地面之间的绝缘可能不良（对地绝缘电阻可能不良（对地绝缘电阻为为R），），甚至有一相接地甚至有一相接地的情况下，人体就有电流的情况下，人体就有电流通过。在交流情况下，导通过。在交流情况下，导线与地面间存在的电容也线与地面间存在的电容也可构成电流通路。可构成电流通路。1.1.单相触电单相触电单相触电单相触电R 4.4.2 触电方式触电方式4 4.IdR0 两相触电是指人体两处同时接触三相电源的两根相线，两相触电是指人体两处同时接触三相电源的两根相线，人体上作用电源的线电压。人体上作用电源的线电压。最危险最危险最危险最危险人体处于线电压之下人体处于线电压之下但不常见但不常见1.1.两相触电两相触电两相触电两相触电4.4.2 触电方式触电方式4 4.4.4.3 触电的预防触电的预防为为预防触电，应做好以下工作：预防触电，应做好以下工作：（1）正确使用和安装电气设备；）正确使用和安装电气设备；（2）防止电气设备的绝缘损坏和受潮；）防止电气设备的绝缘损坏和受潮；（3）遵守操作规程，合理使用安全工具；）遵守操作规程，合理使用安全工具；（4）对人体经常触及的带电设备，要采用安全电压；）对人体经常触及的带电设备，要采用安全电压；（5）采用合格的接地系统。）采用合格的接地系统。4 4.安全电压安全电压 为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列称为系列称为安全电压安全电压。通用接触电压极限通用接触电压极限：人体允许长期承受的电压极限值。：人体允许长期承受的电压极限值。常规环境下：常规环境下：交流交流(15100Hz)电压为电压为50V直流电压为直流电压为120V。潮湿环境下：潮湿环境下：交流交流(15 100Hz)电压为电压为25V直流电压为直流电压为60V。我国规定工频有效值我国规定工频有效值42V、30V、24V、12V和和6V为安全电压的额定值。为安全电压的额定值。选用安全电压是防止触电的安全措施。选用安全电压是防止触电的安全措施。注意注意：安全电压的供电电源除采用独立电源外，其：安全电压的供电电源除采用独立电源外，其输入与输出电路必须实行电路上的隔离。工作在安全电输入与输出电路必须实行电路上的隔离。工作在安全电压下的电路必须与其它电气系统和任何无关的可导电部压下的电路必须与其它电气系统和任何无关的可导电部分实行电气上的隔离。分实行电气上的隔离。4 4.由于大多数电气设备采用由于大多数电气设备采用380/220V低压系统供电低压系统供电,为防为防止触电事故发生，需根据供电系止触电事故发生，需根据供电系 统接地型式不同，分别采统接地型式不同，分别采用用接地接地或或接零接零的保护措施。的保护措施。在低压配电系统中，电源（变压器）中性点有接地和在低压配电系统中，电源（变压器）中性点有接地和不接地两种。接地的目的出于电力系不接地两种。接地的目的出于电力系 统统 运行和安全需运行和安全需 要。要。这种接地称为工作接地。例如三相四线制电源中性点接地。这种接地称为工作接地。例如三相四线制电源中性点接地。在低压配电系统中，电源（变压器）在低压配电系统中，电源（变压器）中性点不接地中性点不接地的的情况下，采用情况下，采用保护接地保护接地；在；在中性点接地中性点接地的情况下，采用的情况下，采用保保护接零护接零。4.4.4 电气设备的保护接地和保护接零电气设备的保护接地和保护接零4 4.R0保护接地保护接地 (2)由于采用了保护接地，由于采用了保护接地，当出现漏电或一相碰壳时，外当出现漏电或一相碰壳时，外壳对地电压接近为零，故人体壳对地电压接近为零，故人体触及外壳时比较安全。触及外壳时比较安全。保护接地保护接地适用于电源中性点不接地的三相三线制供电适用于电源中性点不接地的三相三线制供电系统中。将电气设备的金属外壳接地，一般要求系统中。将电气设备的金属外壳接地，一般要求R0小于小于4。1.1.保护接地保护接地保护接地保护接地 (1)当出现漏电或一相碰壳当出现漏电或一相碰壳时，外壳未接地，此时人体触及时，外壳未接地，此时人体触及外壳时相当于单相触电。外壳时相当于单相触电。4.4.4 电气设备的保护接地和保护接零电气设备的保护接地和保护接零4 4.2.2.保护接零保护接零保护接零保护接零R0保护接零保护接零 由于外壳与零线联接，由于外壳与零线联接，当出现漏电或一相碰壳时，当出现漏电或一相碰壳时，就形成单相短路或接近短路，就形成单相短路或接近短路，接于该相线上的短路保护装接于该相线上的短路保护装置或过流保护装置便会动作，置或过流保护装置便会动作，迅速切断电源消除触电危险。迅速切断电源消除触电危险。适用于电源中性点接地适用于电源中性点接地的三相四线制供电系统中。的三相四线制供电系统中。将电气设备的金属外壳接到零线（中性线）上。将电气设备的金属外壳接到零线（中性线）上。此时通过人体电流很小。此时通过人体电流很小。4.4.4 电气设备的保护接地和保护接零电气设备的保护接地和保护接零4 4.工作零线与保护零线工作零线与保护零线工作零线与保护零线工作零线与保护零线N（工作零线）工作零线）L（相线）相线）PE（保护零线）保护零线）220V（a）(b)(c)NNNLLLEEE为了确保设备外壳对地电压为零，专设为了确保设备外壳对地电压为零，专设保护零线保护零线PE。接零正确接零正确接零不正确接零不正确忽视接零忽视接零4 4.静电是相对静止的电荷，它通常是由物体之间的相互摩擦静电是相对静止的电荷，它通常是由物体之间的相互摩擦或感应而产生的。静电广泛应用于喷绘、除尘、复印等。或感应而产生的。静电广泛应用于喷绘、除尘、复印等。在一定条件下，静电也为生产和生活带来诸多不便，例如在一定条件下，静电也为生产和生活带来诸多不便，例如引起易燃易爆物体爆炸或起火，损坏电子元器件等。引起易燃易爆物体爆炸或起火，损坏电子元器件等。4.4.5 静电的危害和防护静电的危害和防护 对静电的防护措施主要有：对静电的防护措施主要有：（1）接地和泄漏）接地和泄漏 当接地电阻低于当接地电阻低于100 时，静电时，静电就不会就不会积聚，所以尽量将导电材料靠近容易产生静电的地方，以利积聚，所以尽量将导电材料靠近容易产生静电的地方，以利于静电的泄漏。于静电的泄漏。（2）防止人体带静电）防止人体带静电 在某些特殊工作场所，工作人员在某些特殊工作场所，工作人员需穿防静电工作服和鞋袜。需穿防静电工作服和鞋袜。4习习 题题要求：做每一题时：要求：做每一题时：1.画电路图；画电路图；2.写清分析步骤。写清分析步骤。4.7,4.10,4.11,4.13,4.15