第四章課后習(xí)題

1、第4章 三相正弦電路分析4.1 對稱三相電源的相序為ABC，已知V。求、，畫出相量圖和波形圖。分析 對稱三相電源3個電壓的頻率相同，振幅（有效值）相等，而相位彼此間相差120°，由于相序為ABC，超前120°，而超前120°。解 由于三相電源是對稱的，且相序為ABC，所以：（V）（V）（V）相量圖和波形圖分別如圖4.5（a）、（b）所示。 圖4.5 習(xí)題4.1解答用圖4.2 星形連接的對稱三相電源，相序為ABC，已知V，求、，畫出相量圖。分析 星形連接的對稱三相電源不僅相電壓對稱，線電壓也對稱，且線電壓與相電壓的關(guān)系為：，相位超前Up 30°。解 由于三

2、相電源是對稱的，且相序為ABC，所以：（V）（V）（V）（V）（V）（V）（V）相量圖如圖4.6所示。4.3 三相發(fā)電機(jī)三角形連接，設(shè)每相電壓為Up，如果誤將A相接反，試問會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？ 圖4.6 習(xí)題4.2解答用圖 圖4.7 習(xí)題4.3解答用圖分析 三相電源為三角形連接時，在三相繞組的閉合回路中同時作用著3個電壓源，如果連接方式正確，則由于三相電壓瞬時值或相量之和等于零，所以回路中不會有短路電流。但若任何一相繞組接反，則3個電壓的和不再為零，在三相繞組中就會產(chǎn)生很大的短路電流而燒壞發(fā)電機(jī)。解 將A相接反時的三相電源三角形連接線路如圖4.7（a）所示，根據(jù)圖示回路繞行方向，由KVL得回路中的

3、電壓為：這樣，就有一個大小等于兩倍相電壓的電壓作用在三角形回路內(nèi)。由于發(fā)電機(jī)繞組本身的阻抗很小，故在三角形回路中產(chǎn)生很大的電流，將會燒壞發(fā)電機(jī)繞組。因此，三相電源接成三角形時要特別小心。4.4 何謂相電壓、相電流？何謂線電壓、線電流？何謂對稱三相電壓、對稱三相電流？解 （1）當(dāng)三相電源接成星形時，電路中存在著兩種電壓：一種是相線與中線之間的電壓，稱為相電壓，有效值用Up表示；另一種是相線與相線之間的電壓，稱為線電壓，有效值用Ul表示。線電壓與相電壓的關(guān)系為：線電壓是相電壓的倍，在相位上線電壓比對應(yīng)的相電壓超前30°。（2）三相電路中的電流有線電流和相電流之分：各條相線中的電流稱為線電

4、流，有效值用Il表示；各相負(fù)載中的電流稱為相電流，有效值用Ip表示。負(fù)載為星形連接時線電流等于相電流，而對稱負(fù)載三角形連接時，線電流是相電流的倍，在相位上線電流比對應(yīng)的相電流滯后30°。（3）頻率相同、振幅相等、相位彼此間相差120°的三相電壓稱為對稱三相電壓，對稱三相電壓的瞬時值或相量之和為零。頻率相同、振幅相等、相位彼此間相差120°的三相電流稱為對稱三相電流，對稱三相電流的瞬時值或相量之和為零。4.5 有一對稱三相負(fù)載，其每相的電阻，感抗。如果將負(fù)載連成星形接于線電壓V的三相電源上，試求相電壓、相電流及線電流。分析 由于三相負(fù)載是對稱的，將負(fù)載連成星形時，不

5、論有無中線，負(fù)載相電壓都等于電源相電壓，也是對稱的。解 每相負(fù)載阻抗的模為：（）由于負(fù)載連成星形，故作用在每相負(fù)載上的電壓為相電壓，為：（V）相電流為：（A）線電流為：（A）4.6 如果將上題的負(fù)載連成三角形接于線電壓V的三相電源上，試求相電壓、相電流及線電流，并將所得結(jié)果與上題結(jié)果加以比較。解 由于負(fù)載連成三角形，故相電壓等于線電壓，即：（V）相電流為：（A）線電流為：（A）比較：三角形接法每相負(fù)載相電壓保持與星形接法相同的情況下，線電壓為星形接法的1/，線電流為星形接法的倍，而每相負(fù)載的相電流仍保持不變。所以，適合兩種不同電源的負(fù)載（V和V），采用兩種不同的接法（星形和三角形）時，均能保證

6、負(fù)載的正常工作。4.7 三相負(fù)載的阻抗分別為，。此三相負(fù)載是否為對稱負(fù)載？為什么？各為何種性質(zhì)的負(fù)載？解 此三相負(fù)載不是對稱負(fù)載。這是因為對稱三相負(fù)載不僅模相等，輻角也相同，而這3個負(fù)載只有模相等，輻角卻不相同。由3個負(fù)載的值可知，Za為純電阻性負(fù)載，Zb為純電感性負(fù)載，Zc為純電容性負(fù)載。4.8 星形連接有中線的負(fù)載，接于線電壓為380V的三相電源上，試求：（1）各相負(fù)載為時的各相電流及中線電流；（2）各相負(fù)載為、時的各相電流及中線電流。分析 由于有中線，不論負(fù)載是否對稱，負(fù)載相電壓等于電源相電壓，也是對稱的。第（1）小題中的三相負(fù)載是對稱負(fù)載，故只要計算出一相的電流，其余兩相的電流即可根據(jù)

7、對稱關(guān)系寫出。第（2）小題中的三相負(fù)載不是對稱負(fù)載，故各相負(fù)載的電流應(yīng)該一相一相地計算。解 相電壓為：（V）設(shè)的初相為0°，則：（V）（V）（V）（1）A相電流為：（A）根據(jù)對稱關(guān)系，得B、C兩相的電流分別為：（A）（A）中線電流為：（A）（2）各相電流分別為：（A）（A）（A）中線電流為：（A）可見，盡管星形連接的不對稱三相負(fù)載的相電壓是對稱的，但三相電流卻不對稱，中線中有電流，因此中線不能斷開，否則就會導(dǎo)致負(fù)載的相電壓不對稱，使有的相電壓過高，有的相電壓過低，電路不能正常工作。4.9 線電壓為380V的三相四線制電路中，負(fù)載為星形連接，每相負(fù)載阻抗為，求相電流、線電流和中線電流。

8、解 每相負(fù)載阻抗的模為：（）由于負(fù)載連成星形，故作用在每相負(fù)載上的電壓為相電壓，為：（V）相電流為：（A）線電流為：（A）由于三相負(fù)載是對稱的，故中線電流為：（A）4.10 把功率為2.2kW的三相異步電動機(jī)接到線電壓為380V的電源上，其功率因數(shù)為0.8，求此時的線電流為多少？若負(fù)載為星形連接，各相電流為多少？若負(fù)載為三角形連接，各相電流為多少？分析 不論負(fù)載是星形連接還是三角形連接，對稱三相電路的有功功率均可按下式公式計算。而當(dāng)負(fù)載為星形連接時，相電流等于線電流；當(dāng)負(fù)載為三角形連接時，相電流等于線電流的倍；解 線電流為：（A）當(dāng)負(fù)載為星形連接時，各相電流為：（A）當(dāng)負(fù)載為三角形連接時，各相

9、電流為：（A）4.11 對稱三相感性負(fù)載作三角形連接，接到線電壓為380V的三相電源上，總功率為4.5kW，功率因數(shù)為0.8，求每相的阻抗。分析 欲求每相的阻抗，需先求出每相的阻抗模和阻抗角，阻抗?？稍谇蟪鱿嚯妷汉拖嚯娏骱髮⒍呦喑蟮茫杩菇强捎晒β室驍?shù)求得。解 線電流為：（A）因負(fù)載為三角形連接，故相電壓和相電流分別為：（V）（A）阻抗模為：（A）阻抗角為：因為是感性負(fù)載，所以阻抗角為正值。每相的阻抗為：（）4.12 對稱三相負(fù)載，每相負(fù)載阻抗為，接到線電壓為380V的三相電源上，分別計算三相負(fù)載接成星形及三角形時的總功率。解 因為：（）（1）負(fù)載接成星形時，相電壓和相電流分別為：（V）

10、（A）線電流為：（A）功率為：（W）（2）負(fù)載接成三角形時，相電壓和相電流分別為：（V）（A）線電流為：（A）功率為：（W）4.13 在三相對稱負(fù)載中，各相電阻均為10，負(fù)載的額定電壓為220V，現(xiàn)將負(fù)載接成星形連接到線電壓為380V的三相電源上，求相電流、線電流及總功率。解 因為負(fù)載接成星形，故相電壓和相電流分別為：（V）（A）線電流為：（A）因為負(fù)載是純電阻性的，故。功率為：（W）4.14 若把上題中的負(fù)載接成三角形連接到同一電源上，求相電流、線電流及總功率，并把計算結(jié)果同上題作一比較，說明錯誤接法所造成的后果，從而得出必要的結(jié)論。解 因為負(fù)載接成三角形，故相電壓和相電流分別為：（V）（A

11、）線電流為：（A）功率為：（W）比較：三角形接法線電壓與星形接法相同的情況下，相電壓及相電流為星形接法的倍，而線電流及功率為星形接法的3倍。負(fù)載在額定電壓下才能正常工作，而負(fù)載的額定電壓為相電壓。由于負(fù)載的額定電壓為220V，與星形接法時的相電壓相同，故在星形接法下負(fù)載處于額定工作狀態(tài)，而在三角形接法下負(fù)載處于嚴(yán)重過載狀態(tài)，時間稍長就會燒壞負(fù)載。4.15 電流對人體的傷害有哪幾種？解 觸電是電流通過人體對人體產(chǎn)生生理和病理的傷害。這種傷害是多方面的，主要分為電擊和電傷兩種類型。人體觸電后由于電流通過人體的各部分而造成內(nèi)部器官在生理上的變化，如呼吸中樞麻痹、心室顫動等，稱為電擊。當(dāng)人體觸電時，電

12、流對人體外部造成傷害，如電灼傷、電烙印、皮膚金屬化等，稱為電傷。4.16 常見的觸電方式有哪些？各應(yīng)采取什么防護(hù)措施？解 人體觸電的方式多種多樣，一般可分為直接觸電和間接觸電。（1）直接觸電及其防護(hù)。人體直接接觸帶電設(shè)備稱為直接觸電，其防護(hù)方法主要是將帶電導(dǎo)體加絕緣、變電所的帶電設(shè)備加隔離柵欄或防護(hù)罩等。直接觸電分單相觸電和兩相觸電。單相觸電是當(dāng)人體直接接觸三相電源中的一根相線時，電流通過人體流入大地的觸電方式。單相觸電的危險程度與電源中點是否接地有關(guān)：電源中點接地時，人體承受的是相電壓；電源中點不接地時，若另一相接地絕緣損壞或絕緣降低，則人體承受的是線電壓，情況會更危險。兩相觸電是當(dāng)人體同時

13、接觸三相電源中的兩根相線時，電流從一根相線通過人體流入另一根相線的觸電方式。兩相觸電時人體上作用的是電源的線電壓，因而是很危險的一種觸電方式。（2）間接觸電及其防護(hù)。人體接觸正常時不帶電、事故時帶電的導(dǎo)電體，如電氣設(shè)備的金屬外殼、框架等，稱為間接觸電。防護(hù)的方法是將這些正常時不帶電的外露可導(dǎo)電部分接地，并裝設(shè)接地保護(hù)等。間接觸電主要有跨步電壓觸電和接觸電壓觸電。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，接地電流通過接地體向大地流散，在地面形成分布電位，人若站在接地短路點附近，兩腳之間的電位差就是跨步電壓，由跨步電壓引起人體觸電稱為跨步電壓觸電。當(dāng)人站在發(fā)生接地短路故障設(shè)備旁邊時，手接觸設(shè)備外露可導(dǎo)電部分，手、

14、腳之間所承受的電壓稱為接觸電壓，由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。4.17 為什么在中點不接地的系統(tǒng)中不采用保護(hù)接零？解 為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電事故，將電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架與電網(wǎng)的零線（中線）連接起來的保護(hù)方式，稱為保護(hù)接零，如圖4.8（a）所示。在中點接地的三相四線制系統(tǒng)中，當(dāng)某一相絕緣損壞使相線與設(shè)備的金屬外殼相碰時，由于金屬外殼通過零線與地相連，因而立即產(chǎn)生一個大的短路電流，促使線路上的保護(hù)裝置迅速動作切斷電源，從而達(dá)到消除人體觸及外殼時的觸電危險。如果在中點不接地的三相四線制系統(tǒng)中采用保護(hù)接零，如圖4.8（b）所示，則當(dāng)電氣設(shè)備的絕緣損壞而使外殼漏電時，由于金

15、屬外殼僅與零線相連，并不接地，因而人體觸及帶電的金屬外殼時，就會因承受過高的電壓（相電壓）而危及人身安全。 圖4.8 習(xí)題4.17解答用圖4.18 試說明工作接地、保護(hù)接地以及保護(hù)接零的原理與區(qū)別。解 為了保證電器設(shè)備在正常及事故情況下可靠地工作，常將系統(tǒng)的中點接地，這種接地方式稱為工作接地，如圖4.9（a）所示。工作接地的目的，一是降低觸電電壓，二是使設(shè)備有故障時自動斷電，三是降低設(shè)備對地絕緣水平而節(jié)省投資。為了防止電器設(shè)備正常運行時，不帶電的金屬外殼或框架因漏電致使人體發(fā)生觸電事故而進(jìn)行的接地稱為保護(hù)接地，如圖4.9（b）所示。采用保護(hù)接地后，若人體接觸到電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架，人體就與

16、接地裝置的接地電阻并聯(lián)。根據(jù)分流原理，只要接地電阻足夠小，流過人體的電流就不會對人體造成傷害。為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人身遭受觸電事故，將電氣設(shè)備的金屬外殼或構(gòu)架與電網(wǎng)的零線（中線）連接起來的保護(hù)方式，稱為保護(hù)接零，如圖4.8（a）所示。在中點接地的三相四線制系統(tǒng)中，當(dāng)某一相絕緣損壞使相線與設(shè)備的金屬外殼相碰時，由于金屬外殼通過零線與地相連，因而立即產(chǎn)生一個大的短路電流，促使線路上的保護(hù)裝置迅速動作切斷電源，從而達(dá)到消除人體觸及金屬外殼時的觸電危險。保護(hù)接地適用于中點不接地的低壓電網(wǎng)，在中點不接地的電網(wǎng)中，由于單相接地電流較小，利用保護(hù)接地即可避免發(fā)生人體觸電事故。保護(hù)接零適用于電壓為38

17、0V或220V并且中點接地的三相四線制系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，除有另行規(guī)定外，凡是由于絕緣破壞或其他原因可能出現(xiàn)危險電壓的金屬部分，均應(yīng)采取接零保護(hù)。 圖4.9 習(xí)題4.18解答用圖4.19 電氣設(shè)備為什么會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象？靜電防護(hù)的方法有哪些？解 電氣設(shè)備是由于靜電感應(yīng)、物質(zhì)極化等原因而產(chǎn)生靜電的。對靜電的防護(hù)主要是控制靜電的產(chǎn)生和積累，主要有以下幾種方法：（1）通過控制工藝過程和工藝過程中所用的材料，使之不產(chǎn)生靜電或少產(chǎn)生靜電；（2）采取接地、增濕、加入抗靜電添加劑等措施，加速靜電的泄漏；（3）利用感應(yīng)中和器、高壓中和器、放射線中和器等裝置，加速靜電的中和；（4）改善生產(chǎn)環(huán)境，用封閉方法限制危害的產(chǎn)生，減小易燃易爆物散發(fā)的濃度。4.20 引起電氣火災(zāi)和爆炸的原因有哪些？怎樣防范？解 引起電氣火災(zāi)和爆炸的原因主要有電氣設(shè)備的過熱、