第4章電子電工

1、4.1 三相電源的基本概念三相電源的基本概念 4.2 三相電源的連接方式三相電源的連接方式 4.3 三相負(fù)載的連接方式三相負(fù)載的連接方式4.4 三相電路的功率三相電路的功率4.5 安全用電知識(shí)安全用電知識(shí) 第4章 三相正弦交流電路第第4章章 三相正弦交流電路三相正弦交流電路4.1三相電源的基本概念三相電源的基本概念 目前電力工程上普遍采用目前電力工程上普遍采用三相制供電，三相制供電，由三個(gè)由三個(gè)幅值相等、頻率相同（幅值相等、頻率相同（我國(guó)電網(wǎng)頻率為我國(guó)電網(wǎng)頻率為50HZ），彼），彼此之間相位互差此之間相位互差120o的正弦電壓所組成的供電相系統(tǒng)。的正弦電壓所組成的供電相系統(tǒng)。三相制供電比單相制

2、供電優(yōu)越三相制供電比單相制供電優(yōu)越在發(fā)電方面：在發(fā)電方面：三相交流發(fā)電機(jī)比相同尺寸的單相交流三相交流發(fā)電機(jī)比相同尺寸的單相交流發(fā)電機(jī)容量大。發(fā)電機(jī)容量大。在輸電方面：在輸電方面：如果以同樣電壓將同樣大小的功率輸送如果以同樣電壓將同樣大小的功率輸送到同樣距離，三相輸電線比單相輸電線節(jié)省材料。到同樣距離，三相輸電線比單相輸電線節(jié)省材料。在用電設(shè)備方面：在用電設(shè)備方面：三相交流電動(dòng)機(jī)比單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)三相交流電動(dòng)機(jī)比單相電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行特性好等等。因而三相制是目前簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行特性好等等。因而三相制是目前世界各國(guó)的主要供電方式。世界各國(guó)的主要供電方式。tUusinmU)120sin(m

3、VtUu)120sin()240sin(mmWtUtUu三相電源是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的頻率相同、幅值相三相電源是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的頻率相同、幅值相等、相位互差等、相位互差120的三相對(duì)稱正弦電壓。的三相對(duì)稱正弦電壓。UmUm t02 uUuWuV 三相電源依次出現(xiàn)最三相電源依次出現(xiàn)最大值（或零值）的先后次序大值（或零值）的先后次序稱為稱為相序相序。三相電源相位三相電源相位U相超前相超前V相，相，V相超前相超前W相，相，W相超前相超前U相的相序稱為相的相序稱為順順序序，與此相反的相序稱為，與此相反的相序稱為逆逆序序。 在電力系統(tǒng)中一般用在電力系統(tǒng)中一般用黃、紅、綠黃、紅、綠區(qū)別區(qū)別U、V、W三相。

4、三相。也可用相量表示：也可用相量表示：120UUUWUV120120三相電壓相量圖三相電壓相量圖對(duì)稱正弦量對(duì)稱正弦量特點(diǎn)為：特點(diǎn)為： 頻率相同、幅值相等、相頻率相同、幅值相等、相位互差位互差120的三相電壓稱為的三相電壓稱為對(duì)稱正弦電壓對(duì)稱正弦電壓。oW120UUoV120 UUoU0UU00WVUWVUUUUuuu4.2三相電源的連接三相電源的連接4.2.1 三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié) 4.2.2三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)4.2.1 三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié) 將三個(gè)電源繞組的末端接在一起，從三個(gè)始端將三個(gè)電源繞組的末端接在一起，從三個(gè)始端U、V、W引出引出

5、三根輸電線，這種連接方式稱為三相電源的星形（三根輸電線，這種連接方式稱為三相電源的星形（Y）聯(lián)結(jié)。）聯(lián)結(jié)。圖4-2三相電源的星形聯(lián)結(jié)中點(diǎn)中點(diǎn)或零點(diǎn)或零點(diǎn)從三個(gè)始端引出的三根輸電線稱為從三個(gè)始端引出的三根輸電線稱為端線或相線端線或相線（俗稱俗稱火線火線）。連接末端的）。連接末端的公共節(jié)點(diǎn)公共節(jié)點(diǎn)N稱為中點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為稱為中點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線中性線（或（或零線零線）。由三根相）。由三根相線和一根中性線組成的輸電方式稱為線和一根中性線組成的輸電方式稱為三相四線制三相四線制(通常在低壓配電中采用通常在低壓配電中采用)。無中性線的輸電方式稱為無中性線的輸電方式稱為三相三線制三相三線

6、制（通常通常在在高壓輸電中采用高壓輸電中采用）。）。每相繞組始端與末端之間的電壓，每相繞組始端與末端之間的電壓，即相線與中性線之間的電壓稱為即相線與中性線之間的電壓稱為相電壓相電壓，其，其有效值有效值用用UU U、U UV V、U UW W或一般用或一般用Up p來表示。顯然相電壓來表示。顯然相電壓分別等于對(duì)應(yīng)相的電源電壓。分別等于對(duì)應(yīng)相的電源電壓。兩兩個(gè)個(gè)相線間的電壓稱為相線間的電壓稱為線電壓線電壓，其，其有效值用有效值用UUVUV、U UVWVW、U UWUWU或或一般用一般用UL L表示。表示。電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電壓與相電壓的關(guān)系如下：電源星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電壓與相電壓的關(guān)系如下： 對(duì)稱電源

7、的線電壓和相電壓的相量圖如圖對(duì)稱電源的線電壓和相電壓的相量圖如圖4-24-2b所示。所示。各線電壓之間的相位差各線電壓之間的相位差也是也是120120o，且各線電壓超前各對(duì)應(yīng)且各線電壓超前各對(duì)應(yīng)的相電壓的相電壓3030 o。線電壓為相電壓有效值的線電壓為相電壓有效值的倍，即倍，即 發(fā)電機(jī)三相繞組依次首尾相聯(lián)，引出三條線，稱發(fā)電機(jī)三相繞組依次首尾相聯(lián)，引出三條線，稱為三角形聯(lián)接。為三角形聯(lián)接。4.2.2三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)a)三角形聯(lián)結(jié) b)相量圖圖4-3三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，只能是三相電源作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，只能是三相三線制，線電壓就等于相電壓。三相三線制

8、，線電壓就等于相電壓。WWUVVWUUVUUUUUU4.3三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)形式形式4.3.1 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié) 4.3.2 三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)交流電路中的用電設(shè)備，大體可分為兩類：交流電路中的用電設(shè)備，大體可分為兩類： 一類一類是需要接在三相電源上才能正常工作的叫是需要接在三相電源上才能正常工作的叫做做三相負(fù)載三相負(fù)載,如果每相負(fù)載的阻抗值和阻抗角完全相如果每相負(fù)載的阻抗值和阻抗角完全相等，則為等，則為對(duì)稱負(fù)載對(duì)稱負(fù)載，如，如三相電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)。 另一類另一類是只需是只需接單相電源的負(fù)載接單相電源的負(fù)載，它們可以按，它們可以按照需要接在三

9、相電源的任意一相相電壓或線電壓上。照需要接在三相電源的任意一相相電壓或線電壓上。對(duì)于電源來說它們也組成三相負(fù)載，但各相的復(fù)阻對(duì)于電源來說它們也組成三相負(fù)載，但各相的復(fù)阻抗一般不相等，所以不是三相對(duì)稱負(fù)載。如抗一般不相等，所以不是三相對(duì)稱負(fù)載。如照明燈。照明燈。4.3.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)圖4-4負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載的相電壓就是電源的相電壓，負(fù)載的負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載的相電壓就是電源的相電壓，負(fù)載的線電壓就是電源的線電壓，線電壓就是電源的線電壓，線電壓為相電壓有效值的線電壓為相電壓有效值的 倍倍。負(fù)載的相電流就等于對(duì)應(yīng)的線電流，即負(fù)載的相電流就等于對(duì)應(yīng)的線電流，即

10、如果三相負(fù)載對(duì)稱如果三相負(fù)載對(duì)稱, 中線中無電流中線中無電流, 故可將中線除去故可將中線除去, 而而成為三相三線制系統(tǒng)。成為三相三線制系統(tǒng)。如果三相負(fù)載不對(duì)稱如果三相負(fù)載不對(duì)稱, 中線上就有電流中線上就有電流IN通過通過, 此時(shí)中線此時(shí)中線是不能被除去的是不能被除去的, 否則電氣設(shè)備不能正常工作。否則電氣設(shè)備不能正常工作。中性線電流等于各相相電流之和，即中性線電流等于各相相電流之和，即V22033803lp UU解解: 相電壓相電壓選選為參考相量為參考相量, 則則:1 Ui2i3iNi1N 1Z2Z3Z1L2L3L1U2U3UN 例例 : 在如圖（在如圖（a）所示的三相四線制電路中）所示的三相

11、四線制電路中, 線線電壓電壓U=380 V, 試求各相負(fù)載電流及中線電流。試求各相負(fù)載電流及中線電流。 8 j6,5,3j4321 ZZZ中線電流為中線電流為321IIIIN A120445120220222 ZUIA1 .17322 1 .53101202208j6120220333ZUIA9 .36449 .3652203j4220111 ZUIA1 .975 .621 .17322 120449 .3644 例例: 圖中電源電壓對(duì)稱，線電壓圖中電源電壓對(duì)稱，線電壓U=380 V ，負(fù)載為，負(fù)載為 電燈組，每相電燈（額定電壓電燈組，每相電燈（額定電壓220V）負(fù)載的電阻）負(fù)載的電阻400

12、。試計(jì)算：。試計(jì)算：(1) 求負(fù)載相電壓、相電流；求負(fù)載相電壓、相電流；(2) 如果如果1相斷開相斷開時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；(3) 如果如果1短路短路時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；(4) 如果采用了三相四線制，當(dāng)如果采用了三相四線制，當(dāng)1相斷開、短路時(shí)其他兩相負(fù)載相電壓、相電流。相斷開、短路時(shí)其他兩相負(fù)載相電壓、相電流。1U 3U i2i3i1N 1Z2Z3Z1L2L3L1U2U3UN2U 解：解：（1） 負(fù)載對(duì)稱時(shí)，負(fù)載對(duì)稱時(shí)，可以不接中線，負(fù)載的可以不接中線，負(fù)載的相電壓與電源的相電壓相電壓與電源的相電壓相等相等（

13、在額定電壓下工（在額定電壓下工作）作）。V2203380321 UUUA55. 0400220321 III(2) 如果如果1相斷開相斷開時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電流；1U 3U i2i3i1N 1Z2Z3Z1L2L3L1U2U3U2U 串聯(lián)）串聯(lián)）V(190238032 UU01 I燈暗）燈暗）A(475. 040019032 II(3) 如果如果1短路短路時(shí)，其他時(shí)，其他兩相負(fù)載相電壓、相電兩相負(fù)載相電壓、相電流；流；線電壓）線電壓）V(38032 UU燈亮）燈亮）A(95. 040038032 II 超過了的額定電壓，燈將被損壞。超過了的額定電壓，燈將被

14、損壞。(4) 如果采用了三相四線制，當(dāng)如果采用了三相四線制，當(dāng)1相斷開、短路時(shí)其他兩相負(fù)載相電壓、相電流。相斷開、短路時(shí)其他兩相負(fù)載相電壓、相電流。因有中線，其余兩相未受影響，電壓仍為因有中線，其余兩相未受影響，電壓仍為220V。 但但1相短路電流很大將熔斷器相短路電流很大將熔斷器熔斷。熔斷。 中線上不允許接開關(guān)或熔斷器中線上不允許接開關(guān)或熔斷器 中線的作用是什中線的作用是什么？么？4.3.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)a)原理圖 b) 電壓、電流相量圖圖4-7 三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)不論負(fù)載是否對(duì)稱，其相電壓總是對(duì)稱的，即不論負(fù)載是否對(duì)稱，其相電壓總是對(duì)稱的，即當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，當(dāng)負(fù)載

15、對(duì)稱時(shí)，線電流比相應(yīng)的相電流滯后線電流比相應(yīng)的相電流滯后 ；線電流；線電流的有效值為相應(yīng)相電流的的有效值為相應(yīng)相電流的 倍，即倍，即 例例 : 如圖如圖 所示的三相三線制電路中所示的三相三線制電路中, 各相負(fù)載的復(fù)各相負(fù)載的復(fù)阻抗阻抗Z=(6+j8) , 外加線電壓外加線電壓380V,試求正常工作時(shí)負(fù)試求正常工作時(shí)負(fù)載的相電流和線電流。載的相電流和線電流。 i2i3i1Z12i23i31iZZA3810380lP ZUI式中式中, 每相阻抗每相阻抗為：為： 10862222XRZ則則線電流線電流為：為：A8 .653833Pl II解：解：由于是對(duì)稱電路由于是對(duì)稱電路, 所以所以 每相相電流為

16、：每相相電流為：三相負(fù)載采用何種聯(lián)接方式由三相負(fù)載采用何種聯(lián)接方式由負(fù)載的額定電壓負(fù)載的額定電壓決定。決定。當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源線線電壓時(shí)采用電壓時(shí)采用三角形三角形聯(lián)接；聯(lián)接；當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源當(dāng)負(fù)載額定電壓等于電源相相電壓時(shí)采用電壓時(shí)采用星形星形聯(lián)接。聯(lián)接。注意注意WVUPPPP一、一、有功功率有功功率三相總的有功功率等于各相功率之和。三相總的有功功率等于各相功率之和。當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為，三相總功率為 cos33PPPIUPP PL3UU PLII PLUU PL3II cos3LLIUP 當(dāng)對(duì)稱負(fù)載是星形聯(lián)接時(shí)，當(dāng)對(duì)稱負(fù)載是星形聯(lián)接時(shí)，當(dāng)對(duì)稱

17、負(fù)載是三角形聯(lián)接時(shí)，當(dāng)對(duì)稱負(fù)載是三角形聯(lián)接時(shí)， 是是相電壓相電壓與相電流的與相電流的相位差角相位差角對(duì)稱不論負(fù)載是何種聯(lián)對(duì)稱不論負(fù)載是何種聯(lián)接方式總功率為：接方式總功率為： 是是相電壓與相電相電壓與相電流的相位差角流的相位差角3.4 三相電路的功率三相電路的功率二、二、無功功率無功功率 三相總的無功功率等于各相功率之和。三相總的無功功率等于各相功率之和。當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為: sin33PPPIUQQ 三、三、視在功率視在功率當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為當(dāng)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相總功率為:22QPS 三相總的視在功率三相總的視在功率sin3LLIUQ LL223IUQPS

18、4.54.5安全用電知識(shí)安全用電知識(shí)4 4.5 5.1 電流對(duì)人體的危害電流對(duì)人體的危害電流對(duì)人體的危害，概括起來有電擊和電傷兩種。電流對(duì)人體的危害，概括起來有電擊和電傷兩種。常用的常用的50Hz的工頻交流電對(duì)人體的傷害最為嚴(yán)重，頻率偏的工頻交流電對(duì)人體的傷害最為嚴(yán)重，頻率偏離工頻越遠(yuǎn)對(duì)人體的傷害相對(duì)越輕。通過人體的工頻電流超離工頻越遠(yuǎn)對(duì)人體的傷害相對(duì)越輕。通過人體的工頻電流超過過50mA時(shí)，就有生命危險(xiǎn)，若不及時(shí)脫離電源并及時(shí)搶救人時(shí)，就有生命危險(xiǎn)，若不及時(shí)脫離電源并及時(shí)搶救人很快就會(huì)死亡。很快就會(huì)死亡。接觸接觸36 V以下的電壓時(shí)，通過人體的電流不以下的電壓時(shí)，通過人體的電流不會(huì)超過會(huì)超過

19、50mA，故把，故把36 V及以下電壓稱為安全電壓，常用的及以下電壓稱為安全電壓，常用的安全電壓有安全電壓有36V、24 V、12V等，例如手提照明燈、便攜式電等，例如手提照明燈、便攜式電動(dòng)工具等常用動(dòng)工具等常用24 V電源。電源。電傷是電對(duì)人體外部造成的局部傷害，包括電弧燒傷、熔化電傷是電對(duì)人體外部造成的局部傷害，包括電弧燒傷、熔化的金屬滲入皮膚等傷害。電傷事故的危險(xiǎn)雖不及電擊嚴(yán)重，的金屬滲入皮膚等傷害。電傷事故的危險(xiǎn)雖不及電擊嚴(yán)重，但也不可忽視。但也不可忽視。4 4.5 5.2 人體觸電方式人體觸電方式1 1單相觸電單相觸電 當(dāng)人體直接接觸帶電設(shè)備的其中一相時(shí)，電流通過人當(dāng)人體直接接觸帶電

20、設(shè)備的其中一相時(shí)，電流通過人體，這種觸電現(xiàn)象稱為單相觸電。體，這種觸電現(xiàn)象稱為單相觸電。 當(dāng)人體碰觸裸露的相線時(shí)，一相電流通過人體，經(jīng)大當(dāng)人體碰觸裸露的相線時(shí)，一相電流通過人體，經(jīng)大地回到中性點(diǎn)。由于人體電阻比中性點(diǎn)直接接地的電阻大很地回到中性點(diǎn)。由于人體電阻比中性點(diǎn)直接接地的電阻大很多，所以相電壓幾乎全部加在人體上，十分危險(xiǎn)。多，所以相電壓幾乎全部加在人體上，十分危險(xiǎn)。 2 2兩相觸電兩相觸電 人體同時(shí)接觸不同相的兩相帶電導(dǎo)體，而發(fā)生觸電，人體同時(shí)接觸不同相的兩相帶電導(dǎo)體，而發(fā)生觸電，電流從一相導(dǎo)體通過人體流入另一相導(dǎo)體，構(gòu)成一個(gè)閉合回電流從一相導(dǎo)體通過人體流入另一相導(dǎo)體，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，這種觸電方式稱為兩相觸電。發(fā)生兩相觸電時(shí)，作用于路，這種觸電方式稱為兩相觸電。發(fā)生兩相觸電時(shí)，作用于人體上的電壓等于線電壓，因?yàn)闆]有任何絕緣保護(hù)，所以這人體上的電壓等于線電壓，因?yàn)闆]有任何絕緣保護(hù)，所以這種觸電是最危險(xiǎn)的。種觸電是最危險(xiǎn)的。3 3跨步電壓觸電跨步電壓觸電 雷電流入地或電力線斷散到地時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線接地點(diǎn)雷電流入地或電力線斷散到地時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線接地點(diǎn)及周圍形成強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)人畜跨入這個(gè)區(qū)域，兩腳之間出現(xiàn)及周圍形成強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)人畜跨入這個(gè)區(qū)域，兩腳之間出現(xiàn)的電位差即為跨步電壓。線路電壓