唐介《电工学》第4章答案.ppt

第 4 章 供 电 与 用 电,第4章: 供电与用电,4.1 三相电源,4.2三相负载,4.3三相功率,4.4电力系统,4.5触电事故,4.6触电防护,4.7静电防护,4.8电器防火与防爆,第 4 章 供 电 与 用 电,基本要求:1. 掌握三相电源和三相负载的联结方式;2. 理解并掌握对称三相电路中的电压、电流和功率 的计算;3. 了解三相四线制供电系统中中性线的作用；4. 了解电力系统的组成；5. 了解触电的种类和安全用电的重要性；6. 了解接地和接零保护的作用和使用条件；7. 了解静电保护和电器防火防爆的常识。,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.1 三相电源,分两部分:1.静止部分:定子 2.转动部分:转子,三相交流电的产生(同步发电机):,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,表达式: e1 = Emsint e2 = Emsin(t - 1200) e3 = Emsin(t - 2400),返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,相量表示法:,相量图:, 三相电源:产生对称的三相电动势的电源 相序: 三相电动势由超前相到滞后相的顺序,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,(一).三相电源的星形联结:,三相四线制:L1 L2 L3加N,相电压: U1 、U2 、U3,线电压: U12 、U23 、 U31,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,1.相电压与线电压的关系,根据KVL定律:,相量图,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,1. 相电压对称: Up= U1= U2= U3 线电压也对称: UL= U12= U23= U31,结论:,(大小关系),U12超前U1 300 (相位关系),返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,2. 相电流与线电流的关系:, 相电流和线电流都是对称的 Ip= Il 并且相位相同,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,二.三相电源的三角形联结,注意:这种接法只有三相三线制,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,1.相电压与线电压的关系,结论:相电压对称和线电压都对称.Up= UL 且相位相同,L1,L2,L3,1,3,2,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,2.相电流与线电流的关系:,根据KCL定律:,相量图:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,结论:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.2 三相负载,三相负载分为两种:,三相负载的连接方式有两种:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,三相负载为三相四线制时星形连接,一.三相负载的星形联结:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,1.线电压与相电压的关系,根据KVL定律:,若电源电压对称,负载的线电压和相电压是对称的,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,当负载对称时: Z1=Z2=Z3三相对称电源 + 三相对称负载 = 三相对称电路,结论:负载的线电压和相电压都对称,相量图:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,2. 相电流与线电流的关系,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,结论: 若负载对称,相电流和线电流就对称,讨论:,一般中线可不要,必需有中线,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,中线的作用: 在负载不对称时,保持相电压对称., Z1=Z2=Z3 =100 Z1=50 Z2=Z3 =100,例：,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,二、三相负载的三角形联结,这种连接方法只能是三相三线制,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,1.相电压与线电压的关系,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,2.相电流与线电流的关系:,根据KCL定律:,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,下一节,上一节,相量图:,若负载对称 相电流和线电流对称,若负载不对称,由于电源电压对称,故负载的相电压对称,但相电流和线电流不对称.,结论：,IL滞后于与之对应的IP 300,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节, 三相负载采取那种联结方式 取决于电源电压和负载的额定电压,原则上应使负载的实际工作相电压等于额定相电压。,如:某三相异步电动机,三相绕组的额定电压是220V,若电源电压分别为380V和220V,应采取那种联结方式?,答:电源380V: Y接 电源220V: 接,说明：,若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,例题：一个对称星接负载,接于线电压为380V的三相四线制电源上, 问:当M点断开时,U1 =?当M、N点都断 开时,U1 =?,解：M点断开时,U1 =220VM、N点都断开时,U1 =190V,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,4.3 三相电路的功率:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,例1: 有一个三相对称负载,每相负载R=29,X=21.8, 且每相负载的额定电压为380V。求: 1.有一个三相星接电源,电压为380V,负载应如何接 2.负载从电源取用的电流? 3.负载所消耗的功率?解:,采取接,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,= 36.1,=9800W,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,3. P =3UP IP cos,4.4 电力系统,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,电力传输过程：,电力网额定电压等级为: 3KV、6KV、10KV、110KV、220KV、330KV、500KV,低压供电系统的连接方式：,1. 放射式：,2. 树干式：,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,4.5 触电事故,触电：指人体接触带电体时，电流流经人体造成的伤害.触电事故又分为: 1.直接触电,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,2. 间接触电,是指人体接触到正常情况下不带电,仅在事故下才带电的部分而发生的触电事故, 电击: 电流通过人体内部,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。, 电伤：电流得热效应、化学效应、机械效应等对人体表面或外部造成的局部伤害。,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,4.6 触电防护,(一).安全电压 常规环境下:,交流电压为50V直流电压为120V,我国规定的工频安全电压额定值分别为: 42V、36V、24V、12V和6V,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,（二).保护接地和保护接零,一般要求接地电阻4,1.接地:,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,接地分为两种:,工作接地:为保证电力设备和设备达到正常工作要求而 进行的接地. 如:电源中性点接地,防雷装置接地等.保护接地:为保证人身安全,防止间接触电,而将设备的外 壳可导电金属部分接地.,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,2.保护接地和保护接零, IT系统,电源中性点不接地的三相三线制供电系统,电器设备的金属外壳接地. 称为保护接地,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节, TN系统,电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与零线相连 称为保护接零,系统分为:TN-C(PE和N共用)TN-S (PE和N完全分开共用)TN-C-S (PE和N部分共用),三相五线制,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节, TT系统,电源中性点接地的三相四线制供电系统电器设备的金属外壳与地线相连. 称为保护接地,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,注意: 在同一供电系统中,TN和TT系统应尽量不同时使用,否则会降低其安全性.,例如: UP =220V, Rd = R0 = 4 IP =27.5A,问:低压供电系统保护接零应用在下列那种系统中? 低压供电系统保护接地应用在下列那种系统中? 中点接地的三相四线制. 中点不接地的三相三线制. 三相四线制或三相三线制.,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,（三）.漏电开关,1.作用：主要用于低压供电系统，当被保护的设备出现故障 时，故障电流作用与保护开关，若该电流超过预定值， 变会使开关自动断开，切断供电电路。,2.漏电开关的选择 ：,若用于保护人: 动作电流30mA以下 漏电动作时间0.1s以下,若用于保护线路: 动作电流30100mA以下 漏电动作时间0.20.4s以下,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,4.7 静电防护,（一）.静电的形成：,1.摩擦起电2.破断起电3.感应起电,返 回,下一节,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,(二).静电防护,方法: 1.限制静电的产生 2.防止静电的积累3.控制危险的环境,4.8 电气防火和防爆,主要原因: 1.电气设备使用不当 2.电气设备发生故障,预防措施: 1.合理选用电气设备防爆电器 2.保持电气设备正常运行 3.保持必要的安全距离 4.保持良好的通风 5.装备可靠的基地装置 6.采取完美的组织措施,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,上一节,分析与思考题库 (4.1),4.1.(2).三角形联结的对称三相电源，空载运行时三相电动势会 不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流？,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.2.(1). 三相负载对称是指下列三种情况中的哪一种？ (a) |Z1|=|Z2|= |Z3 | (b) 1= 2= 3 (c) Z1=Z2=Z3,分析与思考题库(4.2),返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.3.(1). 一般情况下, S= S1+S+S3 是否成立?,4.3.(2). 同一三相负载采用三角形连结,接于线电压为220V的 三相电源上, 以及采用星形连结,接于线电压为380V的三相 电源上,试求这两种情况下,三相负载的相电流、线电流和有 功功率的比值.,分析与思考题库 (4.3),4.3.(3) 同一三相负载,采用三角形联结和星形联结,接于线电 压相同的三相电源上,试问这两种情况下负载的相电流、线 电流和有功功率的比值.,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一页,上一页,4.5.(2) 照明灯开关是接到灯的相线端安全,还是接到工作零线端安全?为什么?,4.5.(1) 单线触电和两线触电那个更危险？为什么？,分析与思考题库: (4.5),第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一页,上一页,4.6.(1) 安全电压供电的系统就绝对安全吗？,分析与思考题库: (4.6),4.6.(2) IT、TN系统防止间接接触触电的基本思想是什么?,4.6.(3) 有些人为了安全,将家用电器的外壳接到自来水管或暖气管上,这实际构成了TT系统,试问这样构成的TT系统能保证安全吗?为什么?,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一页,上一页,分析与思考题库:(4.7),4.7.(1) 为什么静电容易引起易燃易爆环境发生火灾或爆炸?,4.7.(2) 防止静电危害的基本方法有哪些?,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一页,上一页,分析与思考解答: (4.1),4.1.(2). 三角形联结的对称三相电源，空载运行时，三相电 动势会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流？,答: 不会.因为对称三相电动势的大小相等,相位互差1200, 所以它们的相量和恒等于零.故不会在回路中产生电 流.,下一题,上一题,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,4.2.(1). 三相负载对称是指下列三种情况中的哪一种？ (a) |Z1|=|Z2|= |Z3 | (b) 1= 2= 3 (c) Z1=Z2=Z3,分析与思考解答: (4.2),返 回,下一题,上一题,第 4 章 供 电 与 用 电,4.3.(1). 一般情况下, S= S1+S+S3 是否成立?,答:不成立,4.3.(2). 同一三相负载采用三角形连结,接于线电压为220V的三相电源上, 以及采用星形连结,接于线电压为380V的三相电源上,试求这两种情况下,三相负载的相电流、线电流和有功功率的比值.,答：,分析与思考解答: (4.3),第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.3.(3) 同一三相负载,采用三角形联结和星形联结,接于线电压相同的三相电源上,试问这两种情况下负载的相电流、线电流和有功功率的比值.,答：,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.5.(2) 照明灯开关是接到灯的相线端安全,还是接到工作零线端安全?为什么?,4.5.(1) 单线触电和两线触电那个更危险？为什么？,答：两线触电时，作用于人体的电压为线电压，单线触电时,作用于人体的电压为相电压，因为线电压大于相电压，所以两线触点更危险。,分析与思考解答: (4.5),答: 开关接到相线端安全,因为当开关断开时,可以使照明灯与相线断开,保证灯体不带电. (如下图),第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.6.(1) 安全电压供电的系统就绝对安全吗？,答:由于人体的阻抗值与工作环境和身体状况等因素有关,所以，安全电压并不是绝对安全的。,分析与思考解答: (4.6),4.6.(2) IT、TN系统防止间接接触触电的基本思想是什么?,答: IT系统(保护接地)的基本思想是在用电设备出现漏电或一相碰壳时,使外壳的对地电压降低至接近零,以消除触.电危险. TN系统(保护接零)的基本思想是在用电设备出现漏电或一相碰壳时,因该相电流很大,使得接于该相上的短路保护装置或过流保护装置动作,迅速切断电源,消除触电危险.,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.6.(3) 有些人为了安全,将家用电器的外壳接到自来水管或暖气管上,这实际构成了TT系统,试问这样构成的TT系统能保证安全吗?为什么?,答: 这样构成的TT系统,不能保证用电设备的接地电阻Rd远小于电源中性点的接地电阻Ro,因而不能保证用电设备出现故障时,其外壳的对地电压在安全范围之内,又不能保证用电设备在出现故障时短路保护或过电流保护装置动作以切断电源,所以不能保证安全.,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,分析与思考解答:(4.7),4.7.(1) 为什么静电容易引起易燃易爆环境发生火灾或爆炸?,答: 当静电积累到一定程度就会形成局部高电压,当电压高到一定程度就会发生放电并产生火花。如果此现象出现在易燃易爆环境中就很容易产生火灾或爆炸.,4.7.(2) 防止静电危害的基本方法有哪些?,答: (a)限制静电的产生; (b)防止静电的积累; (c)控制危险的环境.,返 回,第 4 章 供 电 与 用 电,下一题,上一题,练习题库,4.1.1 某三相同步发电机,三相绕组联结成星形时的线电压为 10.5kV,若将它联结成三角形,则线电压是多少?若联结成星形 时,L2相绕组的首末端接反了,则三个线电压的有效值U12 , U23 和U31各是多少?,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.2.3 有一电源为三角形联结,而负载为星形联结的对称三相 电路,已知电源相电压为220V,每相负载的阻抗模为10,试 求负载和电源的相电流和线电流.,4.2.4 有一三相四线制照明电路, 相电压为220V,已知三个相 的照明灯组分别由34、45、56只白织灯并联组成，每只白 织灯的功率都是100W,求三个线电流和中线电流的有效值。,4.2.5 在如图所示三相电 路中, R= XC= XL = 25, 接于线电压为220V的对 称三相电源上,求各相线 中的电流.,返 回,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,4.3.1. 有三个相同的电感性单相负载,额定电压为380V, 功率 因素为0.8,在此电压下消耗的有功功率为1.5kW.把它接到线 电压为380V的对称三相电源上,试问应采用什么样的联结方 式?负载的R和XL是多少?,4.3.2 某三相负载,额定相电压为220V,每相负载的电阻为4,感 抗为3,接于线电压为380V的对称三相电源上,试问该负载应 采用什么联结方式?负载的有功功率、无功功率和视在功率?,4.3.3 有一台三相电阻炉,每相电阻为14,接于线电压为380V 的对称三线电源上,试求联结成星形和三角形两种情况下负 载的线电流和有功功率.,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,4.3.4 试分析如图所示电路在下述两种情况下各线电流、相电流和有功功率的变化：工作中在M处断线,工作中在N处断线。,4.3.5 在如图所示三相电路中,已知Za=(3+j4), Zb=(8-j6),电源 线电压为380V,求电路的总有功功率、无功功率和视在功率以 及从电源取用的电流.,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,4.3.6 电路如图所示,在220/380V的低压供电系统中 ,分别接有 30只日光灯和一台三相电动机,已知每只日光灯的额定值为: UN= 380V, PN= 40W, N= cos = 0.5,日光灯分三组均匀接 入三相电源.电动机的额定电压为380V,输入功率为3kW,功率 因素为0.8,三角形联结,求电源供给的线电流.,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,4.3.7 有一星形联结的电感性对称负载,额定值为UN= 380V, N= 0.6, f = 50Hz,负载消耗的有功功率P= 3kW .若利用一 组星形联结的电容器与三相负载并联,使得每相电路的功率因素提高到0.9,试求每相的电容值及其耐压值;若该为一组三角形联结的电容器,试求每相的电容值及其耐压值;,4.5.1 如图所示是刀开关的三种联线图,试问哪一种接法正确?,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,4.6.1 如果供电方式是TN-S系统，试画出家用电相交流电器 电源插座的接线图。,下一页,上一页,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,练习题解答,4.1.1 某三相同步发电机,三相绕组联结成星形时的线电压为 10.5kV,若将它联结成三角形,则线电压是多少?若联结成星形 时,L2相绕组的首末端接反了,则三个线电压的有效值U12 , U23 和U31各是多少?,星形联结时UlY = 10.5kV,三角形联结时相电压不变, UlY = UpY =6.06kVL2首末端接反的相量图如图所示:,U12 =6.06kV U2 3=6.06kV U31=10.5kV,返 回,下一题,上一题,第 4 章 供 电 与 用 电,解:,解:,负载线电压 UlL = UlS = 380V,负载线电流 IlL = IpL = 22A,电源线电流 IlS = IlL = 22A,电源相电流 IpS= IlS = 22A,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,解:,电源三角形联结, 线电压 UlS = UpS = 220V,负载线电压 UlL = UlS = 220V,负载相电压 UpL = UlL = 220V,电源线电流 IlS = IlL = 38A,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.2.3 有一电源为三角形联结,而负载为星形联结的对称三相 电路,已知电源相电压为220V,每相负载的阻抗模为10,试 求负载和电源的相电流和线电流.,解:,电源三角形联结, 线电压 UlS = UpS = 220V,负载线电流 IlL = IpL = 12.7A,负载线电压 UlL = UlS = 220V,电源线电流 IlS = IlL = 12.7A,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.2.4 有一三相四线制照明电路, 相电压为220V,已知三个相 的照明灯组分别由34、45、56只白织灯并联组成，每只白 织灯的功率都是100W,求三个线电流和中线电流的有效值。,由于白织灯为电阻性负载，电压和电流的相位相同,解:,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.2.5 在如图所示三相电路中, R= XC= XL = 25,接于线电 压为220V的对称三相电源上,求各相线中的电流.,解: 负载为不对称三相负载,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,各线电流如下:,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.3.1. 有三个相同的电感性单相负载,额定电压为380V, 功率 因素为0.8,在此电压下消耗的有功功率为1.5kW.把它接到线 电压为380V的对称三相电源上,试问应采用什么样的联结方 式?负载的R和XL是多少?,解: 三角形联结,返 回,第 4 章 供 电 与 用 电,下一题,上一题,4.3.2 某三相负载,额定相电压为220V,每相负载的电阻为4,感 抗为3,接于线电压为380V的对称三相电源上,试问该负载应 采用什么联结方式?负载的有功功率、无功功率和视在功率?,解: 星形联结,S=3UP IP =3220 44 VA=29040 VA,Q =3UP IP sin =3220 44 0.6var=1742var,P =3UP IP cos =3220 44 0.8W=23232W,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.3.3 有一台三相电阻炉,每相电阻为14,接于线电压为380V 的对称三线电源上,试求联结成星形和三角形两种情况下负 载的线电流和有功功率.,解: 星形联结,Il = Ip =15.7A,P =3UP IP =3220 15.7 1W=10362W,三角形联结,Up= Ul =380V,P =3UP IP =3380 21.7 1W=30894W,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.3.4 试分析如图所示电路在下述两种情况下各线电流、相电流和有功功率的变化：工作中在M处断线,工作中在N处断线。,在N处断线,在M处断线,解: 未断线时相电流、线电流和有功功率分别为 Ip, ,第 4 章 供 电 与 用 电,返 回,下一题,上一题,4.3.5 在如图所示三相电路中,已知Za=(3+j4), Zb=(8-j6),电源 线电压为380V,求电路的总有功功率、无功功率和视在功率以 及从电源取用的电流.,解:三个Za组成Y形联结的对称三相负载,Pa =3UPa IPa cos a =3220 44 0.6 W=17424 W,Qa=3UPa IPa sin a= 32