电路的基本概念 (10).doc

电工基础 第十章 三相正弦交流电路 1．了解三相交流电源的产生和特点。 2．握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。 1. 3．掌握对称三相负载Y形连接和 D 连接时，负载线电压和相电压、线电流和相电流的关系。 4．掌握对称三相功率的计算方法。 1．掌握三相电路线电压与相电压、线电流与相电流的相位关系。 2．熟练分析与计算三相电路电压、电流、功率等。 序号 内 容 学 时 1 第一节 三相交流电源 2 2 第二节 三相负载的连接 2 3 第三节 三相电路的功率 1 4 第四节 安全用电 5 实验10.1 三相负载的星形连接 2 6 实验10.2 三相负载的三角形连接 2 7 本章小结与习题 1 8 本章总学时 10 第一节 三相交流电源 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 e1Emsinw t 第二相V相电动势 e2 Emsinw t - 120 第三相W相电动势 e3 Emsinw t 120 显然，有e1 e2 e3 0。波形图与相量图如图10-1所示。 图10-1 对称三相电动势波形图与相量图 2．相序 三相电动势达到最大值振幅的先后次序叫做相序。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形接法和三角形亦称 D 形接法两种。 1．三相电源的星形Y形接法 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，这种连接方法叫做星形Y形连接。如图10-2所示。 图10-3 相电压与线电压的相量图 图10-2 三相绕组的星形接法 从三相电源三个相头U1、V1、W1引出的三根导线叫作端线或相线，俗称火线，任意两个火线之间的电压叫做线电压。Y形公共联结点N叫作中点，从中点引出的导线叫做中线或零线。由三根相线和一根中线组成的输电方式叫做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线之间的电压叫做相电压，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 任意两相始端之间的电压即火线与火线之间的电压叫做线电压，它们的瞬时值 用u12、u23、u31来表示。Ｙ形接法的相量图如图10-3所示。 显然三个线电压也是对称的。大小有效值均为 U12 U23 U31 UL UP 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△形接法 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，这种连接方法叫做三角形△形连接。显然这时线电压等于相电压，即 UL Up 这种没有中线、只有三根相线的输电方式叫做三相三线制。 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 220 V，试求1 三相电源为Y形接法时的相电压UP与线电压UL；2 三相电源为 D 形接法时的相电压UP与线电压UL。 解1 三相电源Y形接法相电压UP E 220 V，线电压UL Up 380 V 2 三相电源 D 形接法相电压UP E 220 V，线电压UL Up 220 V。 第二节 三相负载的连接 一、负载的星形联结 三相负载的星形联结如图10-4所示。 图10-4 三相负载的星形联结 该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路，在这种电路中三相电源也是必须是Y形接法，所以又叫做Y－Y接法的三相电路。显然不管负载是否对称相等，电路 中的线电压UL都等于负载相电压UYP的倍，即 UL UYP 负载的相电流IYP等于线电流IYL，即 IYL IYP 当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称称为Y－Y形对称三相电路。即各相电流或各线电流振幅相等、频率相同、相位彼此相差120，并且中线电流为零。所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路，也就是说对于对称负载来说，不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。 【例10-2】在负载作Ｙ形联接的对称三相电路中，已知每相负载均为|Z| 20 W，设线电压UL 380V，试求各相电流也就是线电流。 解在对称Ｙ形负载中，相电压 相电流即线电流为 二、负载的三角形联结 负载做 D 形联结时只能形成三相三线制电路，如图10-5所示。 图10-5 三相负载的三角形联结 显然不管负载是否对称相等，电路中负载相电压UDP都等于线电压UL，即 UDP UL 当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为 线电流IDL等于相电流IDP的倍，即 【例10-3】 在对称三相电路中，负载作 D 形联接， 已知每相负载均为|Z| 50 W，设线电压UL 380 V，试求各相电流和线电流。 解在 D 形负载中，相电压等于线电压，即UDP UL，则相电流 线电流 【例10-4】 三相发电机是星形接法，负载也是星形接法，发电机的相电压Up 1000 V，每相负载电阻均为R 50 kW，XL 25 kW。试求1 相电流；2 线电流；3 线电压。 解 1 相电流 2线电流 IL IP 17.9 mA 3线电压 UL UP 1732 V 第三节 三相电路的功率 三相负载的有功功率等于各相功率之和，即 P P1 P2 P3 在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为 其中 j 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。 三相电路的视在功率为 三相电路的无功功率为 三相电路的功率因数为 【例10-5】 有一对称三相负载，每相电阻为R 6 W，电抗X 8 W，三相电源的线电压为UL 380 V。求1 负载做星形联结时的功率PY；2 负载做三角形联结时的功率PD。 解每相阻抗均为，功率因数 1 负载做星形联结时 相电压 线电流等于相电流 负载的功率 2 负载做三角形联结时 相电压等于线电压 UDP UDL 380 V， 相电流 线电流 IDLIDP 66 A 负载的功率 为PY的3倍。 第四节 安全用电 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50 100 Hz的电流最危险，通过人体的电流超过50 mA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 W 至几万欧不等。通常规定36 V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380 V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火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，叫做保护接地，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。 本 章 小 结 本章介绍了电路的基本概念，内容包括 一、三相电源 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 Emsinw t 第二相V相电动势 e2 Emsinw t - 120 第三相W相电动势 e3 Emsinw t 120 三相电源中的绕组有星形亦称Y形接法和三角形亦称 D 形接法两种。 二、三相负载 1. 三相负载的Y形接法 在三相四线制电路，线电压UL是负载相电压UYP的倍，即 负载的相电流IYP等于线电流IYL，即 IYL IYP 当三相负载对称时，即各相电流或各线电流振幅相等、频率相同、相位彼此相差120，并且中线电流为零。所以中线可以去掉，即形成三相三线制电路。 2．三相负载的 D 形接法 负载做 D 形联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称相等，电路中负载相电压UDP都等于线电压UL，即 UDP UL 当三相负载对称时，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为 线电流IDL等于相电流IDP的倍，即 IDLIDP 三、三相功率 三相负载的有功功率等于各相功率之和，即 P P1 P2 P3 在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为 其中 j 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。 四、安全用电 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。通常规定36 V以下的电压为安全电压。 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380 V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。 2．安全措施 为防止发生触电事故，除应注意开关必须安装在火线上以及合理选择导线与熔丝外，还必须采取必要的防护措施，例如正确安装用电设备、对电气设备做保护接地、保护接零、使用漏电保护装置等等。 106