三相交流电源与三相电路分析

作业,4-14-2,附加题,例：已知对称三相电源（顺序），(1)求；(2)求负载的总平均功率P；(3)画出的相量图。,3.10功率因数的提高,提高功率因数的原则：,必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。,提高功率因数的措施:,并联电容,3.10功率因数的提高,并联电容的作用：减小端口电流，提高功率因数,工程上一般将功率因数提高到0.850.95,情况1：欠补偿,呈电感性,3.10功率因数的提高,给定P、,要求将提高到，求C=?,习题4,例：已知IC=2A,IR=A,XL=100,且与同相，求U,解1：相量法：,则,令,习题4,因与同相：,习题4,注意：当一个纯电阻与一个纯电抗并联，且阻抗值相等，即R=|X|，则其并联等效阻抗为实部、虚部各取一半，阻抗性质不变,习题4,解2：相量图法,由电流三角形：,由电压三角形：,第4章三相交流电路,4.1三相交流电源4.2三相负载的连接4.3三相电路的功率4.4安全用电,目录,4.1三相交流电源,所有电源都工作在同一频率正弦的电路或系统为多相系统，三相系统的电源有三个特定的电源相位,三相系统是目前最普遍且最经济的多相系统,几乎所有发电和输电都采用三相制，工作频率50或60Hz,需要单相或两相可以直接从三相电源获得，无需单独产生,三相电源的每一相瞬时功率恒定（无波动），因此，功率传输平稳，且避免了三相设备的振动,同样能量的功率传输，三相比单相更经济（节省输电线材）,4.1三相交流电源,在两磁极中间，放一个线圈,根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由AX,合理设计磁极形状，使磁通按正弦规律分布，线圈两端便可得到单相交流电动势,三相电动势的产生,电动势的产生,4.1三相交流电源,若保持线圈位置不动，让磁极等速旋转，线圈中同样可得到单相交流电动势,4.1三相交流电源,定子,机座,三个定子绕组AX、BY和CZ对称地安放在定子铁心的内圆周的槽中,三相电动势的产生,A、B、C为首端；X、Y、Z为末端。三绕组在空间上彼此间隔120,4.1三相交流电源,转子是旋转的电磁铁。它的铁心上绕有励磁绕组。选择合适的铁心端面形状和励磁绕组分布规律，使励磁绕组中通以直流时，产生在转子和定子间气隙中的磁感应强度，沿圆周按正弦规律分布。当转子恒速旋转时，AX、BY、CZ三绕组的两端将分别感应振幅相等、频率相同的三个正弦电压uA(t)、uB(t)、uC(t)。如果指定它们的参考方向都由首端指向末端，则它们的初相互相差120。,4.1三相交流电源,三相电动势的产生,三相电动势的产生,三个正弦电源幅度、频率相同，但相位互差120,4.1三相交流电源,三相电压,若将一组对称三相电压作为一组电源的输出，则构成一组对称三相电源,A、B、C为始端，X、Y、Z为末端,4.1三相交流电源,三相电压,有效值相量表示为：,4.1三相交流电源,uA+uB+uC0,对称三相电压到达正（负）最大值的先后次序,ABCA：顺序,ACBA：逆序,本章无特殊说明，三相电源的相序均是顺序,对称三相电路的星形联结,4.2三相负载的星形连接,端线,中线,相电压,线电压,相电流,线电流,中线电流,常用术语,端线：由电源始端引出的连接线,中线：节点N、N的连接线,相电压：每相电源（负载）的端电压,线电压：两端线之间的电压,相电流：流过每相电源（负载）的电流,线电流：流过端线的电流,中线电流：流过中线的电流,4.2三相负载的星形连接,线电压与相电压的关系,4.2三相负载的星形连接,线电压与相电压的关系,相电压对称，线电压也对称,线电压超前对应相电压,线电流与相电流的关系,4.2三相负载的星形连接,4.2三相负载的星形连接,（对称三相电路）星形联结,1.三相四线制,求负载的相电流和相电压（其中Zl为端线间阻抗）,4.2三相负载的星形连接,对称三相电路星形联结的等效电路,1.三相四线制,4.2三相负载的星形连接,解：,4.2三相负载的星形连接,一相计算等效电路,中线阻抗不起作用,4.2三相负载的星形连接,（对称三相电路）星形联结,2.三相三线制,其余与四线相同,4.2三相负载的星形连接,对称三相电路星形联结的等效电路,2.三相三线制,星形联结的对称三相电路（三相四线制）（三相三线制）：抽出一相进行计算（中线阻抗不起作用），其余两相利用对称关系得到,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,1.三相四线制,特点：三相相互独立，互不影响（形成各自的独立回路）,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,1.三相四线制,上式表明：中线上有电流通过,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,2.三相三线制,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,2.三相三线制,上式表明：负载中性点N与电源中性点N之间有电位差，使得负载的相电压不再对称,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,2.三相三线制,特点：三相相互影响，互不独立,4.2三相负载的星形连接,三相负载不对称的星形联结,无中线情况：虽然电源线电压对称，但由于没有中线，负载相电压将不能保证对称！,负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三线制供电，而且必须保证中（零）线可靠,为了确保中（零）线在运行中不断开，其上不允许接任何断路器（保险丝、刀闸等）,4.2三相负载的星形连接,（不对称三相电路）星形联结,三相四线制配电系统中，保险丝不能装在中线上,4.2三相负载的星形连接,特例1：对称负载的断相,AN断相：,4.2三相负载的星形连接,特例2：对称负载的短路,4.2三相负载的星形连接,AN短路：,例题,例题,分析：因负载为对称负载，故负载中点和电源中点为等电位，所以中线上负载可短路处理。,例题,例题,应用实例-照明电路,正确接法:每层楼的灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,则每盏灯上都可得到额定的工作电压220V。,例题,照明电路能否采用三相三线制供电方式？,例题,设线电压为380V。A相断开后，B、C两相串连，电压UBC（380V）加在B、C负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为190V。,问题1：若一楼全部断开，二、三楼仍然接通,情况如何?,分析：,结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。,例题,问题2：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的1/4）结果如何？,结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压，灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。,分析,4.2三相负载的连接,（对称三相电路）三角形联结,端线,相电压,线电压,相电流,线电流,4.2三相负载的连接,（对称三相电路）三角形联结的等效电路,4.2三相负载的连接,必须注意：如果任何一相电源接法相反，三个相电压之和将不为零，在三角形联接的闭合回路中将产生很大的环行电流，造成严重恶果,线电压与相电压的关系：,4.2三相负载的连接,（对称三相电路）三角形联结,4.2三相负载的连接,线电流与相电流的关系,4.2三相负载的连接,线电流与相电流的关系,相电流对称，线电流也对称,线电流滞后对应相电流,工程上根据线电压和负载额定工作电压决定联结方式,我国供电系统线电压为380V，相电压为220V，用电负载应按额定电压要求决定其联结方式,4.2三相负载的连接,4.2三相负载的连接,（不对称三相电路）三角形连接,4.2三相负载的连接,特例1：对称负载的断相,4.2三相负载的连接,特例2：对称负载的短路,4.3三相电路的功率,平均功率,对称时：,4.3三相电路的功率,平均功率（对称电路）,负载星形联结：,负载三角形联结：,故：,4.3三相电路的功率,无功功率,视在功率,对称时：,对称时：,4.3三相功率的功率,三相功率,对于不对称三相负载，功率计算没有统一的公式，可以根据功率守恒原则进行计算：,4.4安全用电,电流对人体的作用和伤害,电击：电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡,人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：,电伤：在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等,调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等,4.4安全用电,雷击和高压触电：此时流过人体的电流较大，使人体遭受严重的电灼伤，组织炭化坏死以及其他难以恢复的永久性伤害,人体触电可分为两种情况：,低压触电：在几十毫安或更大的电流作用下，人体有针刺痛感，或出现痉挛、血压升高、心律不齐以致昏迷等暂时性的功能失常，严重的可能使呼吸停止、心跳骤停，从而危及生命,触电的危险程度与流过人体电流的大小，电流的种类，持续的时间，电流的频率，以及电流通过人体的途径等因素有关,4.4安全用电,人体电阻：人体电阻因人而异，通常为104105，当角质外层破坏时，则降到8001000,电流强度对人的伤害：工频(5060Hz)情况下,人体允许的安全电流为30mA，工频危险电流为50mA,电流频率对人体的伤害：对人体能够产生最强伤害的电流是40-60Hz的交变电流（就是家里电源插头提供的电流）,因为这是早期供电系统能够达到的极限,后来研究发现这是对人伤害最大的电流。实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等,4.4安全用电,电流持续时间与路径对人体的伤害：电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的,4.4安全用电,触电方式和安全电压,三相四线制供电线路中性点都是接地的。当人体与任何一根相线接触时，将有电流通过人体，如图所示，人体承受相电压。此时流过人体的电流为：,Rb,R0为接地电阻；Rb为人体电阻，随皮肤表面的干湿、洁污程度和接触电压而变，而且电阻随所加电压的增大和持续时间的增加而减小。如果人体与地面的绝缘良好（如人站在绝缘物体上），将使触电的危险性大大减小,4.4安全用电,若取人体电阻为1k，安全电流取30mA，则人体允许持续接触的最高电压为100030103=30V，显然，常用的低压供电系统的220V相电压远超过安全电压,当人体双线触电（即人体同时接触两根相线）时，人体所承受的电压为线电压，其危险性远比单相触电大,4.4安全用电,根据环境不同，我国规定有相应的电压等级：在有触电危险的场所，安全电压为42V；在多导电粉尘的场所，安全电压为36V；在特别潮湿的井下，安全电压为12V,为避免工作人员使用电气设备时发生触电危险，须采取一系列安全措施，如安装防护罩以免触及电气设备的带电部分，为防止绝缘损坏造成触电事故，则应接保护地线等,4.4安全用电,工作接地,为保证电气设备正常运行而进行的接地称为工作接地。如电源中性点的直接接地，维持三相供电系统中相线对地电压不变，当地面上的人不慎触摸到一相线时，其触电电压为相电压。如果中性点不接地，当一相接地而人体触及另外两相之一时，则触电电压将为相电压的1.73倍，即为线电压，这使触电的危险性大增,4.4安全用电,保护接地,为保障人身安全，防止触电而将电气设备的金属外壳（正常情况下是不带电的）接地，称为保护接地。这种接地方式适用于电源中性点不接地的三相三线制供电系统,4.4安全用电,保护接零,将电气设备的金属外壳接到中性线（也称为零线）上称为保护接零，这种方法适用于电源中性点接地（即有工作接地）的三相四线制供电系统中,三相四线制中性点接地的低压供电系统中不容许采用保