單元三三相交流電路

1、第一章第一章 概論概論1 三相交流電源三相交流電源單元三單元三三相交流電路三相交流電路2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)5 安全用電安全用電3 負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)4 三相電路的功率三相電路的功率知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)簡(jiǎn)單敘述三相交流電的特點(diǎn)及星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時(shí)的基本關(guān)系；正確描述相電壓、相電流、線電壓、線電流等概念。能力目標(biāo)能力目標(biāo)會(huì)用萬用表的交流電壓檔測(cè)量相電壓、線電壓的數(shù)值。能解決三相對(duì)稱負(fù)載（主要是三相交流電動(dòng)機(jī)）的星形、三角形聯(lián)結(jié)問題；會(huì)分析簡(jiǎn)單的三相電路并計(jì)算三相電功率。學(xué)習(xí)目標(biāo)單元三單元三 三相交流電路三相交流電路1.1三相交流電的產(chǎn)生三相交流電的產(chǎn)生 三相交流電

2、是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。圖中U1、V1、W1分別表示三個(gè)繞組的始端(首端)，U2、V2、W2分別表示末端。每一個(gè)繞組(線圈組)叫做發(fā)電機(jī)的一相，在空間上彼此相隔120。 當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三相發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子做順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子繞組切割磁感線，則定子每個(gè)繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為e1、e2、e3。由于各繞組的結(jié)構(gòu)相同而位置依次互差120，因此三個(gè)電動(dòng)勢(shì)的最大值相等、頻率相同，而初相依次互差120，這樣的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)。規(guī)定每相電動(dòng)勢(shì)的參考方向是從繞組的末端指向始端，即當(dāng)電流從始端流出時(shí)為正，反之為負(fù)。1 三相交流電源三相交流電源1.2三相交流電的表示三相交流電的表示若以第一相為參考

3、正弦量，可得三相電動(dòng)勢(shì)的解析式如下：e1=Emsinte2=Emsin（t120）e3=Emsin（t240）= Emsin（t120）三相電動(dòng)勢(shì)的波形圖和相量圖如圖3-2所示。 三相電動(dòng)勢(shì)最大值出現(xiàn)的次序稱為相序相序。U、V、W三個(gè)繞組分別稱為第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組。1 三相交流電源三相交流電源1.3 三相繞組的聯(lián)接三相繞組的聯(lián)接 三相繞組的星形聯(lián)結(jié)三相繞組的星形聯(lián)結(jié)如圖3-3a所示為三相發(fā)電機(jī)繞組的星形聯(lián)結(jié)。這種連接方法是把發(fā)電機(jī)三個(gè)繞組的末 知識(shí)鏈接為了用電安全，現(xiàn)代工程上常采用三相五線制輸電方式，包括三相電的三個(gè)相線（A、B、C線）、中性線（N線）；以及地線（PE線）。電設(shè)

4、備外殼上電位始終處在地電位，從而消除了設(shè)備產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓的隱患。三相五線制標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線顏色為：A線黃色，B線綠色，C線紅色，N線淡藍(lán)色，PE線黃綠色端U2、V2、W2連接在一起，成為一個(gè)公共點(diǎn)（稱為中性點(diǎn)），用符號(hào)“N”表示。從中性點(diǎn)引出的輸電線稱為中性線中性線。中性線通常與大地相接，并把接大地的中性點(diǎn)稱為零點(diǎn)，而把接地的中性線稱為零線零線。從三個(gè)繞組的始端U1、V1、W1引出的輸電線叫做相線相線，俗稱火線火線。根據(jù)國標(biāo)GB4728.11-85，第一、第二、第三相線及中性線的文字符號(hào)分別為L(zhǎng)1、L2、L3和N。有時(shí)為了簡(jiǎn)便，常不畫發(fā)電機(jī)繞組的接線方式，只畫四根輸出線，如圖3-3b所示。這種有中性線的

5、三相供電系統(tǒng)稱為三相四線制，如果不引出中性線就稱為三相三線制。1 三相交流電源三相交流電源1.3 三相繞組的聯(lián)接三相繞組的聯(lián)接三相四線制常用線色表示相線、中線，黃、綠、紅為相線，藍(lán)為中性線。三相四線制可以輸出兩種電壓：一種是相線與相線之間的電壓，叫做電源線電壓電源線電壓，UL =U12=U23=U31；另一種是相線與中性線之間的電壓，即各相繞組的起端與末端之間的電壓，叫做電源相電壓電源相電壓，UP =U1=U2=U3。為了找出相電壓與線電壓的關(guān)系，采用相量圖的方法將是十分方便的，其步驟如下：1 三相交流電源三相交流電源1.3 三相繞組的聯(lián)接三相繞組的聯(lián)接 三相繞組的三角形聯(lián)結(jié)三相繞組的三角形聯(lián)

6、結(jié)就是把第一相繞組的末端U2與第二相繞組的首端V1相連，把第二相繞組的末端V2與第三相繞組的首端W1相連，把第三相繞組的末端W2與第一相繞組的首端U1相連，并從以上三個(gè)連接點(diǎn)上引出三根線，向外供電。從圖3-5可以看出，三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，三相電源的線電壓也就等于電源繞組每一相的相電壓即UL=UP在電源的三角形聯(lián)結(jié)方法中，沒有中性線引出，因此采用的是三相三線制。這種連接方法不同于星形聯(lián)結(jié)，在沒有接上負(fù)載時(shí)，繞組本身就形成一個(gè)閉合回路。假如在此回路內(nèi)的三相繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)不對(duì)稱，或者把某一相繞組的兩個(gè)端鈕接錯(cuò)，使其回路內(nèi)的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)相量之和不為零，由于繞組回路的內(nèi)阻是很小的，在此情況下，回路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)

7、大的電流，使繞組發(fā)熱而毀壞。所以繞組為三角形聯(lián)結(jié)時(shí)切記不可將繞組接反。1 三相交流電源三相交流電源2.1 三相負(fù)載三相負(fù)載 2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)2.2三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)3三相四線制三相四線制380/220380/220伏伏 額定電壓為額定電壓為220伏的單相負(fù)載伏的單相負(fù)載 額定電壓為額定電壓為220伏的三相負(fù)載伏的三相負(fù)載2.2三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)U2U1U3+Z2Z3Z1+N 電源中性點(diǎn)電源中性點(diǎn)N 負(fù)載中性點(diǎn)負(fù)載中性點(diǎn)I1線I2線I3線INI1相2.2三相

8、負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)ZUIPP)3PPPNIIII3213LPUUPL3UU PLII Y 連接時(shí)：連接時(shí)：負(fù)載對(duì)稱時(shí)負(fù)載對(duì)稱時(shí),中性線無電流中性線無電流,可省掉中性線?？墒〉糁行跃€。P3LUU 負(fù)載對(duì)稱無中性線時(shí)負(fù)載對(duì)稱無中性線時(shí)2.2三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)3-2某電阻性三相負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)，并接有中性線，其各相電阻R1=10，R2=R3=20，已知電源的線電壓為380V，求相電流、線電流和中性線電流。解解：每相負(fù)載承受的電壓為各相電流為在星形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載中，線電流與相電流相等，因此以上三個(gè)相電流即為線電流。由于各相負(fù)載均為純

9、電阻負(fù)載，每相上的電流與電壓同相，三個(gè)電流的相位差仍保持120。如圖3-8所示為電流的相量圖。由相量圖不難得到，中性線電流為2 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)3 .1 負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)3 負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)(2) 相電流相電流ABABABZUI BCBCBCZUI CAACAZUIC (1) 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓=電源線電壓電源線電壓即即: UP = UL即即相電流：相電流：CABCABIII、線電流：線電流： CBAIII、3.1負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)3 負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)相量圖相量圖I23I12IU23U12U3130負(fù)載對(duì)稱時(shí)負(fù)

10、載對(duì)稱時(shí), AICAI I2I3(3) 線電流線電流。3030且落后相應(yīng)的相電流且落后相應(yīng)的相電流(相電流),(相電流),3 3線電流線電流聯(lián)接時(shí)聯(lián)接時(shí)對(duì)稱負(fù)載對(duì)稱負(fù)載 : :結(jié)論結(jié)論 P IIl由相量圖可求得由相量圖可求得CAABAIII ABBCBIII BCCACIII ZUIIIIP PCABCABRXarctanCABCAB lIIII CBAPP330cos2IIIl 3.1負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)3 負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的額定電壓負(fù)載的額定電壓 = 電源的線電壓電源的線電壓應(yīng)作應(yīng)作 連接連接負(fù)載的額定電壓負(fù)載的額定電壓 = 電源線電壓電源線電壓31應(yīng)作應(yīng)作

11、 Y 連接連接 三相電動(dòng)機(jī)繞組可以連接成星形，也可以連接成三三相電動(dòng)機(jī)繞組可以連接成星形，也可以連接成三角形，而照明負(fù)載一般都連接成星形（具有中性線）。角形，而照明負(fù)載一般都連接成星形（具有中性線）。4 三相電路的功率三相電路的功率llIIUU31 ,pp 對(duì)稱負(fù)載對(duì)稱負(fù)載 連接時(shí)：連接時(shí)： PPPPcos3cos3 llIUIUP 同理同理ppppsin3 sin3 llIUIUQ llIIUU pp ,31對(duì)稱負(fù)載對(duì)稱負(fù)載Y連接時(shí)：連接時(shí)：相電壓與相相電壓與相電流的相位差電流的相位差當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)：當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)：P = 3Up Ipcos pLLPP223 3 IUIUQPS 所以所以4 三

12、相電路的功率三相電路的功率4 三相電路的功率三相電路的功率5.1 電流對(duì)人體的傷害電流對(duì)人體的傷害5安全用電安全用電 人體接觸或接近帶電體所引起的人體局部受傷或死亡的現(xiàn)象稱為觸電。根據(jù)人體受到傷害的程度不同，觸電可分為電傷和電擊兩種。 電傷電傷電傷是指在電弧作用下或熔斷絲熔斷時(shí)飛濺的金屬沫對(duì)人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。 電擊電擊電擊是指電流通過人體，使內(nèi)部器官組織受到損傷，是最危險(xiǎn)的觸電事故。 安全電壓和人體電阻安全電壓和人體電阻人體電阻主要集中在皮膚，一般在4080K，皮膚干燥時(shí)電阻較大，而皮膚潮濕、有汗或皮膚破損時(shí)人體電阻可下降到幾十至幾百歐姆。根據(jù)觸電危險(xiǎn)電流和人體電阻，可計(jì)算出

13、安全電壓為36V。但電氣設(shè)備環(huán)境越潮濕，安全電壓就越低，在特別潮濕的場(chǎng)所中，必須采用不高于12V的電壓。5.2 觸電形式觸電形式人體觸電形式有單相觸電、兩相觸電和電氣設(shè)備外殼漏電等多種形式。5安全用電安全用電5.3 保護(hù)接地和保護(hù)接零保護(hù)接地和保護(hù)接零 保護(hù)接地保護(hù)接地將電動(dòng)機(jī)、變壓器、鐵殼開關(guān)等電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線同接地極可靠地連接起來。適用于中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中。如圖3-13是電動(dòng)機(jī)的保護(hù)接地電路。 保護(hù)接零保護(hù)接零將電氣設(shè)備的金屬外殼接到零線（或稱中性線）上。適用于中性點(diǎn)接地的低壓系統(tǒng)中。如圖3-14是電動(dòng)機(jī)的保護(hù)接零電路. 必須指出，在同一電力網(wǎng)中，不允許一部分設(shè)備接

14、地，而另一部分設(shè)備接中性線。此時(shí)，若有人既接觸到接地的設(shè)備外殼，又接觸到接零的設(shè)備外殼，則人將承受電源的相電壓。顯然，這是很危險(xiǎn)的。5安全用電安全用電 5.4 安全用電常識(shí)安全用電常識(shí)1. 在任何情況下都不得用手來鑒定導(dǎo)體是否帶電。2. 更換熔斷器時(shí)應(yīng)先切斷電源，不得帶電操作。3. 拆開或斷裂的暴露在外部的帶電接頭，必須及時(shí)用絕緣物包好并懸掛到人身不會(huì)碰到的高處，防止有人觸及。4. 工廠車間內(nèi)一般只允許使用36V的照明燈；在特別潮濕的場(chǎng)所只允許使用12V以下的照明燈。5. 遇有人觸電時(shí)，應(yīng)迅速切斷電源；或盡快用干燥的絕緣物（如棍棒）打斷電線或撥開觸電者，切勿直接用手去拉觸電者。當(dāng)觸電者脫離電源

15、后，根據(jù)具體情況，耐心救治。5安全用電安全用電知識(shí)擴(kuò)展知識(shí)擴(kuò)展高壓直流輸電高壓直流輸電 利用穩(wěn)定的直流電具有無感抗，容抗也不起作用，無同步問題等優(yōu)點(diǎn)而采用的大功率遠(yuǎn)距離直流輸電。輸電過程為直流。常用于海底電纜輸電，非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的連絡(luò)等方面。 直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低直流輸電近年來發(fā)展較快。我國葛洲壩一上海1100km、500kV,輸送容量的直流輸電工程，已經(jīng)建成并投入運(yùn)行。 直流輸電技術(shù)的主

16、要優(yōu)點(diǎn)是不增加系統(tǒng)的短路容量便于實(shí)現(xiàn)兩大電力系統(tǒng)的非同期聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和不同頻率的電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng);利用直流系統(tǒng)的功率調(diào)制能提高電力系統(tǒng)的阻尼，抑制低頻振蕩，提高并列運(yùn)行的交流輸電線的輸電能力。它的主要缺點(diǎn)是直流輸電線路難于引出分支線路，絕大部分只用于端對(duì)端送電。 高壓直流輸電具有線路輸電能力強(qiáng)、損耗小、兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行、發(fā)生故障時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成的損失小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大功率輸電。而采用交流輸電系統(tǒng)便于向多端輸電。交流與直流輸電配合，將是現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)例分析實(shí)例分析汽車用交流發(fā)電機(jī)汽車用交流發(fā)電機(jī)實(shí)例分析實(shí)例分析汽車用交流發(fā)電機(jī)的基本原理是電磁感應(yīng)，當(dāng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，使穿過定子繞組的磁通量發(fā)生變化，則在定子的繞組內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)。如圖所示為交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖。當(dāng)激磁繞組有電流通過時(shí)，激磁繞組便產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子軸上的兩 圖 交流發(fā)電機(jī)工作原理個(gè)爪極分別被磁化為N 極和S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁極交替地在定子鐵心中穿過，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，磁感線和定子繞組之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在三相繞組中產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在交流發(fā)電機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子磁極呈鳥嘴型，其磁場(chǎng)的分布近似正弦規(guī)律，所以在發(fā)電機(jī)定子繞組中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)也近似正弦規(guī)律。由