电工与电子技术基础第三章

第三章三相交流电路§6-1三相交流电路§6-2三相负载的连接方式§6-3提高功率因数的意义和方法§3-1三相交流电路概述三相交流电的优点 三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率大。 三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。 在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。§3-2三相交流电路一、三相交流电动势的产生

三相交流电动势由三相交流发电机产生。

定子转子转子是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布

三相绕组始端分别用U1，V1，W1表示，末端用U2，V2，W2表示，分别称为U相，V相，W相。 发电机的三根引出线及配电站的三根电源线分别以黄（U）、绿（V）、红（W）三种颜色作为标志。 三个绕组在空间位置上彼此相隔120°。

动画视频 当转子在原动机带动下以角速度ω作逆时针匀速转动时，三相定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势eU

=Emsin（ωt+0°）VeV

=Emsin（ωt－120°）VeW=Emsin（ωt+120°）V

电流从始端流出时为正，反之为负。

末端指向始端

三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序称为相序。每相电动势的正方向是从线圈的，即正序：UVWU负序：UWVU二、三相电源的连接

常采用星形连接方式，就是把发电机三个线圈的末端连接在一起，成为一个公共端点（称中性点） 从中性点引出的输电线称为中性线，简称中线；接地的中性线称为零线。零线或中线所用导线一般用黄绿相间色表示。 从三个线圈始端引出的输电线称为端线或相线，俗称火线。

有时为了简便，常不画发电机的线圈连接方式，只画四根输电线表示相序。端线与端线之间的电压，称线电压，分别用UUV、UVW、UWV表示。端线与中线之间的电压，称相电压，分别用UU、UV、UW表示。线电压与相电压之间的关系为●●●●●●

利用几何知识可以得到：

即：线电压总是超前于对应的相电压30°。三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论对称与否其和均为零，即：

四、三相五线制供电

目前，许多新建的民用建筑在配电布线时，已采用三相五线制，设有专门的保护零线。§3-3三相电源接入三相负载

各相负载相同的三相负载称为对称三相负载，如三相电动机、大功率三相电路。 各相负载不同的三相负载称为不对称三相负载，如三相照明电路中的负载。一、三相负载的星形连接

三相负载分别接在三相电源的一根相线和中线之间的接法称为三相负载的星形连接（常用“Y”标记）。

负载两端的电压称为负载的相电压。在忽略输电线上的电压降时，负载的相电压就等于电源的相电压，电源的线电压为负载相电压的倍，即

U线

=U相Y

流过每相负载的电流称为相电流。 流过每根相线的电流称为线电流。 线电流和相电流的大小关系为：

I线Y=I相Y=

对于感性负载来说，各相电流滞后对应电压的角度，可按下式计算：

负载星形连接时，中线电流为各相电流的相量和。在三相对称电路中，由于各相负载对称，所以流过三相电流也对称，其相量和为零，即

三相对称负载星形连接时中线电流为零，因此取消中线也不会影响三相负载的正常工作，三相四线制实际变成了三相三线制。二、三相负载的三角形连接

把三相负载分别接在三相电源每两根相线之间的接法称为三角形连接（常用“Δ”标记）

在三角形连接中，负载的相电压和电源的线电压大小相等，即U相Δ=U线Δ。 三相对称负载做三角形连接时的相电压是作星形连接时的相电压的倍。 三相负载接到电源中，是作三角形还是星形连接，要根据负载的额定电压而定。 线电流和相电流的关系为I线Δ=I相Δ三、三相负载的功率

在三相交流电源中，三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和，即上式中，UU、UV、UW为各相负载的相电压，IU、IV、IW为各相负载的相电流，、、为各相负载的功率因数。在对称三相电路中，P=3U相I相cos

相

=3P相

当对称负载作星形连接时，有功功率为当对称负载作三角形连接时，有功功率为即三相对称负载不论是连成星形还是连成三角形，其总有功功率均为

仍是负载相电压与相电流之间的相位差，而不是线电压与线电流间的相位差第四节工业企业供电及安全用电本章要求：1.了解工业企业供配电的基本知识。1.了解安全用电的基本常识。发电机组发出的电压一般为6~10KV。12.1

电力系统12.1.1

电力系统概述

电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。1.发电

发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。电力系统由发电、输电和配电系统组成。2.输电

输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。输电过程中,一般将发电机组发出的6~10KV

电压经升压变压器变为35~500KV高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35KV高压变为6~10KV高压。3.配电

配电是由10KV级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为380/220V低压再分配到各个用户的用电设备。电力网的电压等级高压：1KV及以上的电压称为高压。有1,3,6,10,35,110,330,550KV等。低压：1KV及以下的电压称为低压。有220，380V。安全电压：36V以下的电压称为低压。我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。12.3

安全用电12.3.1

触电事故1.电气事故的原因1)违章操作

(1)违反“停电检修安全工作制度”，因误合闸造成维修人员触电。

(2)违反“带电检修安全操作规程”，使操作人员触及电器的带电部分。

(3)带电移动电器设备。

(4)用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。

(6)对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电。(5)违章救护他人触电，造成救护者一起触电。2)施工不规范(1)误将电源保护接地与零线相接，且插座火线、零线位置接反使机壳带电。(2)插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电。(3)照明电路的中线接触不良或安装保险，造成中线断开，导致家电损坏。(5)随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用，导致电器损坏。

(4)照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。

(6)施工中未对电气设备进行接地保护处理。3)产品质量不合格(1)电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和触电。(2)带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人员触电。(3)产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力很低，容易造成触电。(4)生产工艺粗制滥造。(5)电热器具使用塑料电源线。4)偶然条件电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故。12.3.2

电流对人体的作用人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。

电击是指电流通过人体，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。

电伤是指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。1.人体电阻

人体电阻因人而异，通常为104~105，当角质外层破坏时，则降到800~1000。

人体电阻由皮肤电阻和体内电阻两部分组成。皮肤电阻最大，当皮肤处于干燥、洁净、无损伤时，40~100kΩ。当皮肤处于潮湿状态，约为1kΩ。

人体电阻还与接触电压大小有关，随着电压升高，人体电阻急剧下降。2.电流强度对人的伤害人体允许的安全工频电流:30mA工频危险电流:50mA一般情况下，人体感觉到触电电流约为1mA工频交流在10mA以下和直流电50mA以下为安全电流。国际电工委员会规定的安全电流（摆脱电流）为10mA。30mA的触电电流具有一定的危险性，超过100mA就会使人休克或死亡电流频率在40Hz~60Hz对人体的伤害最大。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。3.电流频率对人体的伤害4.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。10mA电流时，5s内不会造成伤害20mA电流时，不得超过2s50mA电流时，要一触即离。即使是安全电流，时间过长也会造成伤亡事故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。5.电压对人体的伤害触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。因此，把36V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。安全电压若取人体电阻为

1200Ω，则安全电压

U=IR=0．01×1200＝12V。在较好的工作环境中，安全电压可取24V和36V，比如我国建筑业规定的安全电压有3个等级：12V、24、36V。根据工作环境的不同确定具体电压值。应该注意，安全电压是一个相对的概念，某一种工作环境中的安全电压，在另一种工作环境中可能不再是安全的！

安全电压与通常所说的“低压”不能混淆。电力系统中1KV以下的电压称为“低压”。因此低压并不是安全电压小常识：1、触电急救1）尽快使触电者脱离电源

2）对触电者进行及时的医务治疗立即断开就近电源；距电源开关太远，可用干燥的不导电物体（如木棍、竹竿、绳索等）拨开电线；穿绝缘的鞋或站在干木凳上把触电者拉开；用干燥的木柄斧或胶把钳切断电线12.3.3

触电方式1.接触正常带电体

(1)电源中性点接地的单相触电R0通过人体电流:式中:

UP:电源相电压(220V)Ro:接地电阻4

Rb:人体电阻1000

这时人体处于相电压下，危险较大。(2)电源中性点不接地系统的单相触电R'对地绝缘电阻Ib人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R'的大小。若输电线绝缘良好，绝缘电阻R'较大，对人体的危害性就减小。

但导线与地面间的绝缘可能不良，R'较小甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。(3)双相触电双相触电触电后果更为严重通过人体的电流：2.接触正常不带电的金属体当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。

这时人体处于线电压下，Ib3.跨步电压触电U电位分布接地点20m0.8m跨步电压在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。双脚跨步一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。12.3.4接地和接零为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。1.工作接地R0即将中性点接地。目的：(1)降低触电电压(2)迅速切断故障在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。(3)降低电气设备对地的绝缘水平2.保护接地R'C'IbIe当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳，接地电流Ie

将经过人体入地后，再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib

将达到或超过危险值。对地绝缘电阻分布电容电气设备外壳未装保护接地时:电气设备外壳有保护接地时通过人体的电流：

Rb与Ro并联，且

Rb

»Ro

通过人体的电流可减小到安全值以内。R'C'R0IbIeI0利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。保护接地：将电气设备的金属外壳(正