中职-电工基础-10三相正弦交流电.ppt

第十章三相正弦交流电路 10 1三相交流电源 10 4安全用电 10 3三相电路的功率 10 2三相负载的连接 10 1三相交流电源 一 三相交流电动势的产生 二 三相电源的连接 一 三相交流电动势的产生 1 对称三相电动势振幅相等 频率相同 在相位上彼此相差120 的三个电动势称为对称三相电动势 对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 第一相 U相 电动势 e1 Emsin t第二相 V相 电动势 e2 Emsin t 120 第三相 W相 电动势 e3 Emsin t 120 显然 有e1 e2 e3 0 波形图与矢量图如图10 1所示 图10 1对称三相电动势波形图与矢量图 2 相序 三相电动势达到最大值 振幅 的先后次序称为相序 e1比e2超前120 e2比e3超前120 而e3又比e1超前120 称这种相序称为正相序或顺相序 反之 如果e1比e3超前120 e3比e2超前120 e2比e1超前120 称这种相序为负相序或逆相序 相序是一个十分重要的概念 为使电力系统能够安全可靠地运行 通常统一规定技术标准 一般在配电盘上用黄色标出U相 用绿色标出V相 用红色标出W相 二 三相电源的连接 三相电源有星形 亦称Y形 联结和三角形 亦称 形 联结两种 1 三相电源的星形 Y形 联结 将三相发电机三相绕组的末端U2 V2 W2 相尾 连接在一点 始端U1 V1 W1 相头 分别与负载相连 这种连接方法称为星形 Y形 联结 如图10 2所示 图10 2三相绕组的星形联结 从三相电源三个相头U1 V1 W1引出的三根导线称为端线或相线 俗称火线 任意两个火线之间的电压称为线电压 Y形联结的公共连接点N称为中性点 从中点引出的导线称为中性线或零线 由三根相线和一根中性线组成的输电方式称为三相四线制 通常在低压配电中采用 每相绕组始端与末端之间的电压 即相线与中性线之间的电压 称为相电压 它们的瞬时值用u1 u2 u3来表示 显然这三个相电压也是对称的 相电压大小 有效值 均为 U1 U2 U3 UP 图10 3相电压与线电压的矢量图 任意两相始端之间的电压 即火线与火线之间的电压 称为线电压 它们的瞬时值用u12 u23 u31来表示 接法的矢量图如图10 3所示 显然三个线电压也是对称的 大小 有效值 均为 线电压比相应的相电压超前30 如线电压u12比相电压u1超前30 线电压u23比相电压u2超前30 线电压u31比相电压u3超前30 2 三相电源的三角形 形 联结 将三相发电机的第二绕组始端V1与第一绕组的末端U2相连 第三绕组始端W1与第二绕组的末端V2相连 第一绕组始端U1与第三绕组的末端W2相连 并从三个始端U1 V1 W1引出三根导线分别与负载相连 这种连接方法称为三角形 形 联结 显然这时线电压等于相电压 即 UL UP 这种没有中性线 只有三根相线的输电方式称为三相三线制 特别需要注意的是 在工业用电系统中如果只引出三根导线 三相三线制 那么就都是火线 没有中性线 这时所说的三相电压大小均指线电压UL 而民用电源则需要引出中性线 所说的电压大小均指相电压UP 例10 1 已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为E 220V 试求 1 三相电源为Y形联结时的相电压UP与线电压UL 2 三相电源为 形联结时的相电压UP与线电压UL 解 1 三相电源Y形联结 相电压UP E 220V 线电压 2 三相电源 形联结 相电压UP E 220V 线电压 UL UP 220V 10 2三相负载的连接 1三相电压 2负载星形联结的三相电路 3负载三角形联结的三相电路 图5 1 1三相交流发电机示意图 1三相电压 1 三相电压的产生 工作原理 动磁生电 图5 1 2三相绕组示意图 图5 1 3每相电枢绕组 三相电压瞬时表示式 相量表示 直流励磁的电磁铁 相量图 波形图 相量表示 三相电压瞬时表示式 对称三相电动势的瞬时值之和为0 三相交流电到达正最大值的顺序称为相序 三个正弦交流电动势满足以下特征 供电系统三相交流电的相序为L1L2L3 2 三相电源的星形联结 1 联接方式 中性线 零线 地线 中性点 端线 相线 火线 在低压系统 中性点通常接地 所以也称地线 相电压 端线与中性线间 发电机每相绕组 的电压 线电压 端线与端线间的电压 Up Ul 2 线电压与相电压的关系 根据KVL定律 由相量图可得 相量图 30 同理 3 三相电源的三角形联结 2负载星形联结的三相电路 三相负载 不对称三相负载 不满足Z1 Z2 Z3如由单相负载组成的三相负载 1 三相负载 分类 三相负载的联接三相负载也有Y和 两种接法 至于采用哪种方法 要根据负载的额定电压和电源电压确定 三相负载连接原则 1 电源提供的电压 负载的额定电压 2 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上 2 负载星形联结的三相电路 线电流 流过端线的电流 相电流 流过每相负载的电流 结论 负载Y联结时 线电流等于相电流 1 联结形式 N电源中性点 N 负载中性点 2 负载Y联结三相电路的计算 1 负载端的线电压 电源线电压2 负载的相电压 电源相电压 3 线电流 相电流 Y联结时 4 中线电流 负载Y联结带中性线时 可将各相分别看作单相电路计算 负载对称时 中性线无电流 可省掉中性线 3 对称负载Y联结三相电路的计算 所以负载对称时 三相电流也对称 负载对称时 只需计算一相电流 其它两相电流可根据对称性直接写出 中性线电流 2 三相负载不对称 R1 5 R2 10 R3 20 分别计算各线电流 中性线电流 例2 照明系统故障分析 解 1 A相短路 1 中性线未断 此时L1相短路电流很大 将L1相熔断丝熔断 而L2相和L3相未受影响 其相电压仍为220V 正常工作 在上例中 试分析下列情况 1 L1相短路 中性线未断时 求各相负载电压 中性线断开时 求各相负载电压 2 L1相断路 中性线未断时 求各相负载电压 中性线断开时 求各相负载电压 此情况下 L2相和L3相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压 220V 这是不允许的 2 L1相短路 中性线断开时 此时负载中性点N 即为L1 因此负载各相电压为 2 L1相断路 2 中性线断开 L2 L3相灯仍承受220V电压 正常工作 1 中性线未断 变为单相电路 如图 b 所示 由图可求得 结论 1 不对称负载Y联结又未接中性线时 负载相电压不再对称 且负载电阻越大 负载承受的电压越高 2 中线的作用 保证星形联结三相不对称负载的相电压对称 3 照明负载三相不对称 必须采用三相四线制供电方式 且中性线 指干线 内不允许接熔断器或刀闸开关 1 联结形式 3负载三角形联结的三相电路 线电流 流过端线的电流 相电流 流过每相负载的电流 线电流不等于相电流 2 相电流 1 负载相电压 电源线电压 即 UP Ul 一般电源线电压对称 因此不论负载是否对称 负载相电压始终对称 即 2 分析计算 相电流 线电流 U12 U23 U31 Ul UP 相量图 负载对称时 相电流对称 即 3 线电流 由相量图可求得 为此线电流也对称 即 线电流比相应的相电流滞后30 三相负载的联接原则 负载的额定电压 电源的线电压 负载的额定电压 电源线电压 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压 而与电源的联接方式无关 三相电动机绕组可以联结成星形 也可以联结成三角形 而照明负载一般都联结成星形 具有中性线 4三相功率 无论负载为Y或 联结 每相有功功率都应为Pp UpIpcos p 对称负载 联结时 同理 对称负载Y联结时 相电压与相电流的相位差 当负载对称时 P 3UpIpcos p 所以 有一三相电动机 每相的等效电阻R 29 等效感抗XL 21 8 试求下列两种情况下电动机的相电流 线电流以及从电源输入的功率 并比较所得的结果 1 绕组联成星形接于Ul 380V的三相电源上 2 绕组联成三角形接于Ul 220V的三相电源上 例1 解 1 2 比较 1 2 的结果 有的电动机有两种额定电压 如220 380V 当电源电压为380V时 电动机的绕组应联结成星形 当电源电压为220V时 电动机的绕组应联结成三角形 在三角形和星形两种联结法中 相电压 相电流以及功率都未改变 仅三角形联结情况下的线电流比星形联结情况下的线电流增大倍 例2 各电阻负载的相电流 由于三相负载对称 所以只需计算一相 其它两相可依据对称性写出 负载星形联接时 其线电流为 负载三角形联解时 其相电流为 2 电路线电流 一相电压与电流的相量图如图所示 一相电压与电流的相量图如图所示 3 三相电路的有功功率 三相对称负载作三角形联结 Ul 220V 当S1 S2均闭合时 各电流表读数均为17 3A 三相功率P 4 5kW 试求 1 每相负载的电阻和感抗 2 S1合 S2断开时 各电流表读数和有功功率P 3 S1断 S2闭合时 各电流表读数和有功功率P 例3 或 P I2RP UIcos tg XL R 解 1 由已知条件可求得 2 S1闭合 S2断开时 I1 I3 10AI2 17 32A 流过电流表L1 L3的电流变为相电流IP 流过电流表L2的电流仍为线电流Il 因为开关S均闭合时每相有功功率P 1 5kW 当S1合 S2断时 Z12 Z23的相电压和相电流不变 则P12 P23不变 P P12 P23 3kW A2 0A 3 S1断开 S2闭合时 变为单相电路 I1仍为相电流IP I2变为1 2IP A1 A3 10A 5A 15A I2变为1 2IP 所以L1L2 L2L3相的功率变为原来的1 4 P 1 4P12 1 4P23 P31 0 375W 0 375W 1 5W 2 25kW 某大楼为日光灯和白炽灯混合照明 需装40瓦日光灯210盏 cos 1 0 5 60瓦白炽灯90盏 cos 2 1 它们的额定电压都是220V 由380V 220V的电网供电 试分配其负载并指出应如何接入电网 这种情况下 线路电流为多少 例4 解 1 该照明系统与电网连接图 解 1 该照明系统与电网连接图 例5 某大楼电灯发生故障 第二层楼和第三层楼所有电灯都突然暗下来 而第一层楼电灯亮度不变 试问这是什么原因 这楼的电灯是如何联接的 同时发现 第三层楼的电灯比第二层楼的电灯还暗些 这又是什么原因 解 1 本系统供电线路图 2 当P处断开时 二 三层楼的灯串联接380V电压 所以亮度变暗 但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不变 3 因为三楼灯多于二楼灯即R3 R2 所以三楼灯比二楼灯暗 解 1 本系统供电线路图 10 4安全用电 一 电流对人体的作用 二 常用的安全措施 一 电流对人体的作用 人体因触及高电压的带电体而承受过大的电流 以致引起死亡或局部受伤的现象称为触电 触电对人体的伤害程度 与流过人体电流的频率 大小 通电时间的长短 电流流过人体的途径以及触电者本人的情况有关 触电事故表明 频率为50 100Hz的电流最危险 通过人体的电流超过50mA 工频 时 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止跳动以至死亡 电流流过大脑或心脏时 最容易造成死亡事故 触电伤人的主要因素是电流 但电流值又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800 至几万欧不等 通常规定36V以下的电压为安全电压 对人体安全不构成威胁 常见的触电方式有单相触电和两相触电 人体同时接触两根相线 形成两相触电 这时人体受380V的线电压作用 最为危险 单相触电是人体在地面上 而触及一根相线 电流通过人体流入大地造成触电 此外 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 二 常用的安全措施 为防止发生触电事故 除应注意开关必须安装在相线上以及合理选择导线与熔丝外 还必须采取以下防护措施 1 正确安装用电设备电气设备要根据说明和要求正确安装 不可马虎 带电部分必须有防护罩或放到不易接触到的高处 以防触电 2 电气设备的保护接地把电气设备的金属外壳用导线和埋在地中的接地装置连接起来 称为保护接地 适用于中性点不接地的低压系统中 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 保证了人身安全 3 电气设备的保护接零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与中性线连接起来 这时 如果电气设备的绝缘损坏而碰壳 由于中性线的电阻很小 所以 短路电流很大 立即使电路中的熔断丝烧断 切断电源 从而消除触电危险 4 使用漏电保护装置漏电保护装置的作用主要是防止由漏电引起的触电事故和单相触电事故 其次是防止由漏电引起火灾事故以及监视或切除一相接地故障 有的漏电保护装置还能切除三相电动机的断相运行故障 单元小结 单元介绍了电路的基本概念 内容包括 一 三相电源 二 安全用电 最大值相等 频率相同 在相位上彼此相差120 的三个电动势称为对称三相电动势 对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 第一相 U相 电动势 e1 Emsin t 第二相 V相 电动势 e2 Emsin t 120 第三相 W相 电动势 e3 Emsin t 120 三相电源中的绕组有星形 亦称Y 联结和三角形 亦称 联结两种 一 三相电源 1 触电方式 人体因触及高电压的带电体而承受过大的电流 以致引起死亡或局部受伤的现象称为触电 触电对人体的伤害程