《电工电子技术》课件-模块三 三相正弦交流电路

1.相量式（图）、相序、相线、中线。2．线（相）电压、线（相）电流、三相星接、三相角接、三相功率。3.IT、TN、TT、安全用电。知识点目标知识目标：1.了解对称三相交流电的产生、特点及相序等基本概念。2．了解电源、负载的连接方法；掌握相电压与线电压、相电流与线电流在对称三相电路中的相互关系。掌握对称三相电路电压、电流和功率的计算，了解不对称三相四线制电路中中线的作用。3．了解三相交变电流在生产、生活中的广泛应用。4．熟悉三相电路中功率的测量方法。能力目标：1．具有正确连接三相负载电路的技能。2．具有测量三相电路中点电压，相、线电压，相、线电流的技能。3．具有应用二瓦计法测量对称三相电路功率的技能和了解不对称三相电路功率的测量方法。4．能够根据要求进行电路的设计和参数计算，并按照布线规范进行电路接线。5.能正确使用常用电工仪表对电路元件进行检测，掌握电路调试和排除故障的基本方法。目标案例导入你知道你家的配电箱有几根电线吗？每根电线具有什么功能？什么颜色？工厂车间的配电箱又有几根电线？又都具有什么功能？什么颜色呢？你会从车间的配电箱拉出电线使电动机运转起来吗？使电灯点亮吗？看看吧，如果不知道各导线的作用有时还真出大事故，希望通过本章学习，能使这电老虎乖乖听你的话。

不用三芯插头、造成触电身亡：有一天某集团公司安装钳工朱某在抛光车间通风过滤室安装过滤网，用手持电钻在角铁架上钻孔。使用时，电钻没有装三芯插头，而是把电钻三芯导线中的工作零线和保护零线扭在一起，与另一根火线分别插入三孔插座的两个孔内。当他钻几个孔后，由于位置改变，导线拖动，工作零线打结后比火线短，首先脱离插座。这使得电钻外壳带220V电压，电流通过朱某的身体、铁架、大地形成回路，导致他触电死亡。案例导入三相电源的联结1三相负载的联结2三相交流电路的功率3供配电常识及安全用电技术4主要内容3.1三相电源的联结3.1.1三相交流电源

在运行三相电动机或三相变压器时，一定要注意相序。改变三相电源相序，将改变电动机旋转磁场方向，电动机转子将反向旋转。

对称的三相正弦电压其唯一区别是相位不同。相位不同，表明各相电压到达零值或正峰值的时间不同，这种先后次序称为相序。在图3-2a）中，三相电压到达正峰值的顺序为uA、uB、uC，

其相序为A→B→C→A，这样的相序称为正序。与此相反，把相序为A→C→B→A的称为负序。一般来说我们指的是正序。通常在三相发动机或配电装置的三相母线上涂以黄、绿、红三种颜色，以表示A、B、C三相。3.1.2三相电源的星形（Ｙ）联结三相电源各相绕组两端的电压称为电源的相电压，其正方向规定为由始端指向末端。在三线制中，无论电路对称与否，都有在四线制中，由KCL可知3.1.3三相电源的三角形（Δ）联结

如果有一相或两相电源接反，闭合回路中的电源总电压就是相电压的两倍，由于每相绕组的阻抗很小，会产生很大的环流而烧毁电源。因此，为了保证联结正确，先把三相绕组联成开口三角形，再用电压表检测一下开口电压，如果电压表读数很小，说明联结正确；如果电压表的读数是电源电压的两倍，说明有接反的，应予改正。3.2三相负载的联结3.2.1三相负载的星形联结实际上，在交流电的一个周期内，各相电流的大小和方向均发生着周期性的变化，但它们三相内部都能形成回路，因此不用担心电流流不回去了。3.2.2三相负载的三角形联结同样在三线制中，无论电路对称与否，都有3.3三相交流电路的功率当对称负载星形联结时当对称负载星形联结时同理，对称三相电路的无功功率为对称三相电路的视在功率为将以上两种联结的关系式带入公式（3-5）中，得到相同的结果，即（1）对于电阻性负载，两功率表读数相等，三相有功功率（2）对于的感性或容性负载，或＊＊W1W2ABC＊＊M3～图3-12例3-3图（两个功率表测量三相功率）二瓦计法只适合于三相三相制电路功率的测量。三相四线制电路的功率需要用三瓦计法测量，即用功率表分别测量各相的功率，最后将所测量结果相加。（3）对于的负载，两表中有一只表的读数为负值，即功率表反向偏转。为了得到读数，将此功率表的电流线圈两个接头调换一下即可。此时三相有功功率等于两表读数之差，即因此三相电路的总功率等于这两个功率表读数的代数和。显然在两瓦计法测量中，单独一个功率表的读数是无意义的。对于在三相四线制供电体系中，除对称运行外，不能用二瓦计法来测量三相功率。这是因为在一般情况下，3.4供配电常识及安全用电技术3.4.1低压配电系统的接地形式

中性线（N线）的功能：一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是用来减小负荷中性点的电位偏移。中线的颜色为蓝色。

保护线（PE线）的功能：它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分（指正常不带电压但故障时可能带电压的易被触及的导电部分，例如设备的金属外壳、金属构架等）通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减少触电危险。

保护中性线（PEN线）的功能：它兼有中性线（N线）和保护线（PE线）的功能。这种PEN线在我国通称为“零线”，俗称“地线”，导线为黄绿色条纹。图3-13低压配电的TN系统

按低压配电系统接地形式，国际电工委员会（IEC）作了统一规定，分别称为TN系统、TT系统和IT系统。第一个字母表示电力（电源）系统对地关系。如T表示是中性点直接接地；I表示所有带电部分绝缘。第二个字母表示用电装置外露的可导电部分对地的关系。如T表示设备外壳接地，它与系统中的其他任何接地点无直接关系；N表示负载采用接零保护。第三个字母表示工作零线与保护线的组合关系。如C表示工作零线与保护线是合一的，如TN-C；S表示工作零线与保护线是严格分开的，所以PE线称为专用保护线，如TN-S。图3-13低压配电的TN系统

如图3-13所示，TN系统的中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线（PE线）或公共的保护中性线（PEN线）。这种接公共PE线或PEN线的方式，通称“保护接零”。TN系统又分TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统。1.TN系统（1）TN-C系统图3-13a）所示，其中的N线与PE线全部合并为一根PEN线。（2）TN-S系统图3-13b）所示，其中的N线与PE线全部分开，设备的外露可导电部分均接PE线。（3）TN-C-S系统图3-13c）所示，该系统的前一部分全部为TN-C系统，而后边有一部分为TN-C系统，有一部分则为TN-S系统，其中设备的外露可导电部分接PEN线或PE线。TT系统的中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地，也称为保护接地系统，第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。2.TT系统图3-14如图3-15所示，IT系统的中性点不接地，或经高阻抗（约1000Ω）接地。I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护。图3-153.IT系统3.4.2安全用电技术1．触电事故分类分电击和电伤两种（1）电击又分为直接接触电击和间接接触电击。绝缘、屏护、间距等属于防止直接接触电击的安全措施。接地、接零等属于间接接触电击的安全措施。

（2）电伤按照电流转换成作用于人体的不同能量形式，分为电弧烧伤、电流灼伤、皮肤金属化、电烙印、机械性损、电光眼等伤害。

2．触电事故的规律（1）国内、外统计资料表明：每年的6～9月最事故多。主要是由于这段时间天气炎热、人体衣单而多汗，触电危险性较大；还由于这段时间多雨、潮湿、电气设备绝缘性能降低等。（2）国内、外统计资料表明，低压触电事故远多于高压触电事故。（3）携带式设备和移动式设备触电事故多。（4）电气事故多发生在分支线、接户线、地爬线、接线端、压线头、焊接头、电线接头、电缆头、灯座、插头、插座、控制器、开关、接触器、熔断器等处。主要是由于这些连接部位机械牢固性较差，电气可靠性也较低，容易出现故障的缘故。（5）据我国部分省、市统计资料表明，农村触电事故为城市的6倍。主要是由于农村用电条件差、设备简陋、人员技术水平低、管理不严、电气安全知识缺乏的缘故。（6）冶金、矿业、建筑、机械行业触电事故多，由于这些行业有潮湿、高温、现场情况复杂、移动式设备和携带式设备多或现场金属设备多等不利因素存在，因此触电事故较多。（7）青、中年以及无证电工事故多，主要是由于这些人多是操作者，即多是接触电气设备工作的人员。另外也由于经验不足，电气安全知识也不足的缘故。（8）误操作和违章作业造成的事故多，主要是由于教育不够及安全措施不完备的缘故。3.触电急救由脱离电源、急救处理及心肺复苏几个步骤组成。①对于低压触电事故，如果触电者触及带电设备，救护人员应设法迅速拉开电源开关或电源插头，或者使用带有绝缘柄的电工钳切断电源。当电线搭接在触电者身上或被压在身下时，可用干燥的衣服、手套、木棒等绝缘物作为工具，拉开触电者或挑开电线，使触电者脱离电源。②对于高压触电事故，救护人应带上绝缘手套,穿上绝缘靴,使用相应电压等级的绝缘工具拉开电压开关；或者抛掷金属线使线路短路、接地，迫使保护装置动作，切断电源。对于没有救护条件的，应该立即电话通知有关部门停电。

救护人员可站在绝缘垫上或干木板上进行救护。触电者未脱离电源之前，不得直接用手触及触电者，而且最好用一只手进行救护。当触电者处在高处的情况下，应考虑触电者解脱电源后可能会从高处坠落，所以要同时作好防摔措施。

（1）脱离电源分脱离低压电源和高压电源两类情况

当触电者脱离电源以后，必须迅速判断触电程度的轻重，立即对症救治，同时通知医生前来抢救。①如果触电者神智清醒，则应使之就地平躺，严密观察，暂时不要站立或走动，同时也要注意保暖和保持空气新鲜。②如果触电者已神志不清，则应使之就地平躺，确保气道通畅，特别要注意他的呼吸、心跳状况。注意不要摇动伤员头部呼叫伤员。③如果触电者失去知觉,停止呼吸,但心脏微有跳动,应在通畅气道后立即施行口对口(或鼻)人工呼吸急救法。④如果触电者伤势非常严重，呼吸和心跳都已停止,通常对触电者立即就地采用口对口(或鼻)人工呼吸法和胸外心脏挤压法进行抢救。有时应根据具体情况采用摇臂压胸呼吸法或俯卧压背呼吸法进行抢救。（2）急救处理。①迅速松开触电者的上衣、裤带或其他妨碍呼吸的装饰物,使其胸部能自由扩张。②使触电者仰卧，清除触电者口腔中的血块、痰唾或口沫，取下假牙等物，然后将其头部尽量往后仰(最好用一只手托在触电者颈后)，鼻孔朝天，使其呼吸道畅通。③救护人员捏紧触电者鼻子,深深吸气后再大口向触电者口中吹气，为时约2秒钟。吹气完毕后救护人员应立即离开触电者的嘴巴，放松触电者的鼻子，使之自身呼气，为时约3秒钟。触电人如果是儿童，只可小口吹气以防肺泡破裂。

（3）口对口人工呼吸法的具体操作步骤如下：④救护人员向触电者的胸部垂直用力向下挤压，压出心脏里的血液。对成人应压陷3～4cm。⑤按压后，掌根迅速放松，但手掌不要离开胸部，让触电者胸部自动复原，心脏扩张,血液又回到心脏来。

按照上述要求反复地对触电者的心脏进行按压和放松。按压与放松的动作要有节奏，每秒钟进行一次，每分钟80次效果最好。急救者在挤压时，切忌用力过猛，以防造成触电者内伤,但也不可用力过小，而使挤压无效。如果触电者是儿童，则可用一只手按压，用力要轻，以免损伤胸骨。注意对心跳和呼吸都停止的触电者的急救要同时采用人工呼吸法和胸外心脏挤压法。如果现场只有一人时，可采用单人操作。单人进行抢救时，先给触电者吹气3～4次，然后再挤压7～8次，接着交替重复进行。如果由两人合作进行抢救则更为适宜，方法是上述两种方法的组合，但在吹气时应将其胸部放松，挤压只可在换气时进行。①首先要解开触电者的衣服和腰带，清除口腔内异物，使呼吸道通畅。②触电者仰天平卧，头部往后仰，后背着地处的地面必须平整牢固，如硬地或木板之类。

③救护人员位于触电者的一侧，最好是跪跨在触电者臀部位置,两手相叠,右手掌放在触电者心窝稍高一点的地方，大约胸骨下三分之一至二分之一处,左手掌复压在右手背上。

（4）胸外心脏挤压法的具体操作步骤如下：①任何药物都不能替代口对口人工呼吸和胸外心脏挤压法抢救触电者，这是对触电者最基本的两种急救方法。②抢救触电者应迅速而持久地进行抢救，在没有确定触电者确已死亡的情况下，不要轻易放弃，以免错过机会。③要慎重使用肾上腺素。只有经过心电图仪鉴定心脏确巳停止跳动且配备有心脏除颤装置时，才允许使用肾上腺素。（5）急救时应注意下列事项：（1）严格禁止带电操作，应遵守停电操作的规定，操作前要断开电源，然后检查电器、线路是否已停电，未经检查的都应视为有电。（2）切断电源后，应及时挂上“禁止合闸，有人工作”的警告示牌，必要时应加锁，带走电源开关内的熔断器，然后才能工作。（3）低压线路带电操作时，应设专人监护，使用有绝缘柄的工具，必须穿长袖衣服和长裤，扣紧袖口，穿绝缘鞋，戴绝缘手套，工作时站在绝缘垫上。（4）工作结束后应遵守停电、送电制度，禁止约时送电。4.安全作业常识

电工安全操作基本要求：①绝缘就是用瓷、玻璃、云母、

橡胶、木材、胶木、塑料、布、纸和矿物油等绝缘材料把带电体封闭起来。②屏护是指采用遮拦、护罩、护盖、箱匣等把带电体同外界隔绝开来。在我国边远农村，常听到小孩因接触变压器高压线而造成截肢的事情。实在让人痛心。③间距就是指保证人体与带电体之间安全的距离。例如10kV架空线路经过居民区时与地面(或水面)的最小距离为6.5m；常用开关设备安装高度为1.3～1.5m；明装插座离地面高度应为1.3～1.5m；暗装插座离地距离可取0.2～0.3m；在低压操作中，人体或其携带工具与带电体之间的最小距离不应小于0.1m。

5．预防触电事故的措施（1）绝缘、屏护和间距（2）接地和接零①工作接地就是在三相交流电力系统中，作为供电电源的变压器低压中性点接地。工作接地有如下作用：其一是减轻高压窜入低压的危险，配电变压器中存在高压绕组窜入低压绕组的可能性。一旦高压窜入低压，整个低压系统都将带上非常危险的对地电压。但有了工作接地，就能稳定低压电网的对地电压，在高压窜入低压时将低压系统的对地电压限制在规定的120V以下。其二是减低低压一相接地时的触电危险，在中性点不接地系统中，当一相接地时，因为导线和地面之间存在电容和绝缘电阻，可构成电流的通路，但由于阻抗很大，接地电流很小，不足使保护装置动作而切断电源，所以接地故障不易被发现，可能长时间存在。而在中性点接地的系统中，一相接地后的接地电流较大，接近单相短路,保护装置迅速动作，断开故障点。

②保护接地就是为了防止电气设备外露的不带电导体意外带电造成危险，将该电气设备经保护接地线与深埋在地下的接地体紧密连接起来。

由于绝缘破坏或其它原因而可能呈现危险电压的金属部分，都应采取保护接地措施。如电机、变压器、开关设备、照明器具及其它电气设备的金属外壳都应予以接地。一般低压系统中，保护接电电阻应小于4Ω。如图3-16所示是保护接地的示意图。保护接地是中性点不接地低压系统的主要安全措施。③保护接零就是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的零线(或中性线)紧密地连接起来。应当注意的是，在三相四线制的电力系统中，通常是把电气设备的金属外壳同时接地、接零，这就是所谓的重复接地保护措施。

漏电流动作保护器可以在设备及线路漏电时通过保护装置的检测机构取得异常信号，经中间机构转换和传递,然后促使执行机构动作，自动切断电源来起保护作用。当漏电保护装置与自动开关组装在一起时，就成为漏电自动开关。这种开关同时具备短路、过载、欠压、失压和漏电等多种保护功能。当设备漏电时，通常出现两种异常现象：三相电流的平衡遭到破坏，出现零序电流；某些正常状态下不带电的金属部分出现对地电压。以防止人身触电为目的的漏电保护装置，应该选用高灵敏度快速型的(动作电流为30mA)。（3）安装漏电保护装置

安全电压的工频有效值不超过50V,直流不超过120V。我国规定安全电压的工频有效值的等级为42V、36V、24V、12V和6V。凡金属容器内、隧道内、矿井内等工作地点狭窄、行动不便,以及周围有大面积接地导体的环境,使用手提照明灯时应采用12V安全电压。（4）采用安全电压技能训练一：三相照明电路的连接、测量与分析1.掌握三相负载的星形及三角形接法。2.掌握两种接法的线电压与相电压、线电流与相电流的关系及测量方法。3.理解三相四线制供电系统中中线的作用。二、实验仪器及设备三相交流电源、三相自耦调压器、交流电压表、交流电流表、三相灯组负载。一、实验目的（1）三相负载星形联结电路如图3-16。按图3-16连接实验电路。（2）测量有中性线时，三相负载对称情况下各线电压、相电压、相电流和中性线电流的数值，并记入表3-1中。（3）测量无中性线时，三相负载对称情况下各线电压、相电压、相电流及负载中性点及电源中点之间的电压的数值，记入同一表，观察此时三相灯的亮度是否有不同。各相亮度是指各相灯泡亮度的比较（强、中、弱）（4）测量有中性线时，三相负载不对称情况下各线电压、相电压、相电流及中性线电流的数值，记入同一表，并观察一下三相灯的亮度有否不同。（5）测量无中性线时，三相负载不对称情况下各线电压、相电压、相电流、负载中性点与电源中点间电压的数值，记入同一表，观察此时三相电灯亮度是否不同，分析中性线的作用。二、实验内容及步骤1.三相负载星形联结测量数据负载情况开灯数各相亮度线电流线电压相电压中线电流IN中点电压UN′NABCABCIAIBICUABUBCUCAUAUBUC对称负载有中线333

无中线333

不对称负载有中线123

无中线123

表3-12.三相负载三角形联结测量数据负载情况开灯数各相亮度线电流相电流线（相）电压ABC

IAIBICIABIBCICAUABUBCUCA负载对称333

不对称123

表3-21.完成数据表格中的各项测量和计算任务。2.根据实验数据验证对称三相电路中的关系。3.总结星形联结中中性线的作用。4.根据实验结果说明应三角形连接的负载如误接成星形会产生什么后果？本应星形连接的负载如误接成三角形又会产生什么后果？六、实验报告要求七、实验注意事项1.接通电源前，将电路检查无误后，方可进行测试。2.测量的电压、电流均为负载的，而不是电源的。技能训练二：电气维修基本方法和技能

口问、眼看、耳听、鼻闻、手摸、表测。前五诊是感官诊断，与个人经验有关，为了减少误差，可采用多人会诊。表测可用测电笔、万用表、兆欧表、钳形电流表等查找电气故障。常用的测量方法有：1.测量电压法有分阶测量法和分段测量法。2.测电阻法。3.测电流法。4.测绝缘电阻法。一、“六诊”

分析法、短路法、开路法、切割法、替代法、菜单法、对比法、扰动法、再现故障法。二、“九法”1.分析法：根据电气设备的工作原理、控制原理和线路，结合初步感官诊断故障和特征。弄清故障所属的系统，分析故障原因，确定故障范围。2.短路法：把电气通路的某处短路或某一中间环节用导线跨接。具体是用短接线或旁路电容跨接，如能恢复正常，则说明故障就在该环节。为防止接错线引起电源回路短路，可在连接线上加装熔断器。4.切割法：就是把电气上相连接的有关部分进行切割分区，以逐步缩小可疑范围。最常用的是对分法。下面介绍一例用钳形电流表查找短路故障，此方法无需断开负载和线路便能方便快捷查找出故障所在。

3.开路法：即甩开与故障疑点连接的后级负载，使其空载或临时接上假负载。对于多级连接的电路，可逐级甩开或有选择地甩开后级。甩开负载后可先检查本级，如电路工作正常，则故障可能出在后级；如电路工作仍不正常，则故障在开路点之前。5.替代法：即对怀疑的电器元件或零部件用正确完好的替换，以确定故障原因和故障部位。6.菜单法：此法最适合初学者使用。根据故障现象和特征，将可能引起这种故障的各种原因顺序罗列出来，然后一个个地查找和验证，直到查找出真正的故障原因和故障部位。7.对比法：把故障设备的有关参数或运行工况和正常设备进行比较，参照正常的进行调整或更换。9.再现故障法：接通电源，按下起动按钮，让故障现象再次出现，以找出故障所在。此时主要观察有关继电器和接触器是否按控制顺序进行工作，若发现某一个电器的工作不对，则说明该电器所在回路或相关回路有故障，再对此回路作进一步检查，便可发现故障原因和故障点。注意，实施此法时，必须确认不会发生事故，或在做好安全措施的情况下进行。8.扰动法：对运行中的电气设备人为地加以扰动，观察设备运行工况的变化，捕抓故障发生的现象。电气设备的某些故障并不是永久性的，而是短时区内偶然出现的随机性故障。可采取突然升压或降压，增加负荷或减少负荷，外加干扰信号等。

先易后难、先动后静、先电源后负载。实质是先想后做。俗话说：急病慢郎中，我们应在初步感官查找的基础上，熟悉故障设备的电路原理，结合自身技术水平和经验，经过周密思考，确定一个科学的、行之有效的检查故障病因和部位的方法。

先易后难也可理解为先简单、后复杂，用最简单易行、自己最拿手的方法去处理，再用复杂、精确的方法；排除故障时，先排除直观、显而易见、简单常见的故障，后排除难度较高，没有处理过的疑难故障。通常是先作直观检查和了解（感官诊断），其次才考虑采用仪器仪表检查（表测才能有的放矢）。

电气设备的活动部分比静止部分在使用中的故障几率要高得多，所以首先要怀疑如开关、闸刀、熔丝、接头、插接件、机械运动部分。在具体检测操作时，却要“先静态测试，后动态测试”。静态是指发生故障后，在不通电的情况下，对电气设备进行检测；动态是指通电后对电气设备的检测。

电源侧的故障势必会影响到负载，而负载侧的故障则未必会影响到电源。也可以理解为“先公用电路，后专用电路”。三、“三先后”技能训练三：维修实例钳形电流表在测量三相交流电流时，钳口套一根相线，读数为本相线的电流；钳口套入两根相线时，读数则是第三根相线的电流，此方法用在不易测量的那根导线的电流；钳口套入三根相线时，如果读数为零，则表示三相负荷平衡；如果读数不是零，则说明被测三相负荷不平衡，读数是中性线的电流值。一、测量三相交流电的技巧

在进行交流控制回路的操作试验