三相正弦交流電路知識(shí)概述

第十章三相正弦交流電路第十章三相正弦交流電路教學(xué)重點(diǎn)1.了解三相交流電源的產(chǎn)生和特點(diǎn)。2.掌握三相四線制電源的線電壓和相電壓的關(guān)系。3.掌握對(duì)稱三相負(fù)載Y聯(lián)結(jié)和聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載線電壓和相電壓、線電流和相電流的關(guān)系。4.掌握對(duì)稱三相功率的計(jì)算方法。教學(xué)難點(diǎn)1.掌握三相電路線電壓與相電壓、線電流與相電流的相位關(guān)系。2.熟練分析與計(jì)算三相電路電壓、電流、功率等。學(xué)時(shí)分配序號(hào)內(nèi)容學(xué)時(shí)1第一節(jié)三相交流電源22第二節(jié)三相負(fù)載的連接

23第三節(jié)三相電路的功率

14第四節(jié)安全用電

5實(shí)驗(yàn)10.1三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)26實(shí)驗(yàn)10.2三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)27本章小結(jié)18本章總學(xué)時(shí)10第十章三相正弦交流電路第一節(jié)三相交流電源第二節(jié)三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)第三節(jié)三相電路的功率第四節(jié)安全用電本章小結(jié)第一節(jié)三相交流電源一、三相交流電動(dòng)勢的產(chǎn)生二、三相電源的連接一、三相交流電動(dòng)勢的產(chǎn)生動(dòng)畫M10-1

三相交流電

1．對(duì)稱三相電動(dòng)勢振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120的三個(gè)電動(dòng)勢稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢。對(duì)稱三相電動(dòng)勢瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

第一相(U相)電動(dòng)勢：

e1=Emsin

t

第二相(V相)電動(dòng)勢：

e2=Emsin(t120)第三相(W相)電動(dòng)勢：e3=Emsin(t

120)顯然，有e1

e2

e3=0。波形圖與相量圖如圖10-1所示。圖10-1對(duì)稱三相電動(dòng)勢波形圖與相量圖

2．相序三相電動(dòng)勢達(dá)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，稱這種相序稱為正相序或順相序；反之，如果e1比e3超前120，e3比e2超前120，e2

比e1超前120，稱這種相序?yàn)樨?fù)相序或逆相序。相序是一個(gè)十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運(yùn)行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。二、三相電源的連接三相電源有星形(亦稱Y)接法和三角形(亦稱）聯(lián)結(jié)兩種。1．三相電源的星形(Y形)聯(lián)結(jié)將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2、W2(相尾)連接在一點(diǎn)，始端U1、V1、W1(相頭)分別與負(fù)載相連，這種連接方法叫做星形(Y形)聯(lián)結(jié)。如圖10-2所示。圖10-2三相繞組的星形聯(lián)結(jié)從三相電源三個(gè)相頭U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)線叫作端線或相線，俗稱火線，任意兩個(gè)火線之間的電壓叫做線電壓。Y公共連接點(diǎn)N叫作中性點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線叫做中性線或零線。由三根相線和一根中性線組成的輸電方式叫做三相四線制(通常在低壓配電中采用)。每相繞組始端與末端之間的電壓(即相線與中線之間的電壓)叫做相電壓，它們的瞬時(shí)值用u1、u2、u3來表示，顯然這三個(gè)相電壓也是對(duì)稱的。相電壓大小(有效值)均為U1=U2=U3=UP

圖10-3相電壓與線電壓的相量圖

任意兩相始端端之間的電壓壓(即火線與火線線之間的電壓壓)叫做線電壓，它們的瞬時(shí)時(shí)值用u12、u23、u31來表示。Ｙ接接法的相量圖圖如圖10-3所示示。顯然三個(gè)線電電壓也是對(duì)稱稱的。大小(有效值)均為線電壓比相應(yīng)應(yīng)的相電壓超超前30，如線電壓u12比相相電電壓壓u1超前前30，線線電電壓壓u23比相相電電壓壓u2超前前30，線線電電壓壓u31比相相電電壓壓u3超前前30。2．三相相電電源源的的三三角角形形(形)聯(lián)結(jié)結(jié)將三三相相發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)的的第第二二繞繞組組始始端端V1與第第一一繞繞組組的的末末端端U2相連連、、第第三三繞繞組組始始端端W1與第第二二繞繞組組的的末末端端V2相連連、、第第一一繞繞組組始始端端U1與第第三三繞繞組組的的末末端端W2相連連，，并并從從三三個(gè)個(gè)始始端端U1、V1、W1引出出三三根根導(dǎo)導(dǎo)線線分分別別與與負(fù)負(fù)載載相相連連，，這這種種連連接接方方法法叫叫做做三三角角形形(形)聯(lián)結(jié)結(jié)。。顯顯然然這這時(shí)時(shí)線線電電壓壓等等于于相相電電壓壓，，即即UL=UP這種種沒沒有有中中性性線線、、只只有有三三根根相相線線的的輸輸電電方方式式叫叫做做三相相三三線線制制。特別別需需要要注意意的是是，，在在工工業(yè)業(yè)用用電電系系統(tǒng)統(tǒng)中中如如果果只只引引出出三三根根導(dǎo)導(dǎo)線線(三相相三三線線制制)，那那么么就就都都是是火火線線(沒有有中中性性線線)，這這時(shí)時(shí)所所說說的的三三相相電電壓壓大大小小均均指指線線電電壓壓UL；而而民民用用電電源源則則需需要要引引出出中中性性線線，，所所說說的的電電壓壓大大小小均均指指相相電電壓壓UP?！纠?0-1】】已已知知發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)三三相相繞繞組組產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電動(dòng)動(dòng)勢勢大大小小均均為為E=220V，，試試求求：：(1)三相相電電源源為為Y聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時(shí)時(shí)的的相相電電壓壓UP與線線電電壓壓UL；(2)三相相電電源源為為聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時(shí)的的相相電電壓壓UP與線線電電壓壓UL。解：：(1)三相相電電源源Y聯(lián)結(jié)結(jié)：：相相電電壓壓UP=E=220V，線線電電壓壓(2)三相電源源聯(lián)結(jié)：：相電電壓UP=E=220V，線線電壓壓UL=UP=220V第二節(jié)節(jié)三三相相負(fù)載載的聯(lián)聯(lián)結(jié)一、負(fù)負(fù)載的的星形形聯(lián)結(jié)結(jié)二、負(fù)負(fù)載的的三角角形聯(lián)聯(lián)結(jié)一、負(fù)負(fù)載的的星形形聯(lián)結(jié)結(jié)三相負(fù)負(fù)載的的星形形聯(lián)結(jié)結(jié)如圖圖10-4所示。。圖10-4三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)

該接法有三根火線和一根零線，叫做三相四線制電路被圖片疊壓，在這種電路中三相電源也是必須是Y聯(lián)結(jié)，所以又叫做Y－Y接法的三相電路。顯然不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中的線電壓UL都等于負(fù)載相電壓UYP的倍，即負(fù)載的的相電電流IYP等于線線電流流IYL，即IYL=IYP當(dāng)三相相負(fù)載載對(duì)稱時(shí)，即即各相相負(fù)載載完全全相同同，相相電流流和線線電流流也一一定對(duì)對(duì)稱(稱為Y－Y形對(duì)稱稱三相相電路路)。即各各相電電流(或各線線電流流)振幅相相等、、頻率率相同同、相相位彼彼此相相差120，并且且中性性線電電流為為零。。所以以中性性線可可以去去掉，，即形形成三三相三三線制制電路路，也也就是是說對(duì)對(duì)于對(duì)對(duì)稱負(fù)負(fù)載來來說，，不必必關(guān)心心電源源的接接法，，只需需關(guān)心心負(fù)載載的接接法。?！纠?0-2】】在負(fù)負(fù)載作作Y聯(lián)聯(lián)結(jié)的的對(duì)稱稱三相相電路路中，，已知知每相相負(fù)載載均為為|Z|=20，設(shè)線線電壓壓UL=380V，試試求：：各相相電流流(也就是是線電電流)。解：在對(duì)稱稱Y負(fù)負(fù)載中中，相相電壓壓相電流流(即線電電流)為二、負(fù)負(fù)載的的三角角形聯(lián)聯(lián)結(jié)負(fù)載做做聯(lián)結(jié)時(shí)時(shí)只能能形成成三相相三線線制電電路，，如圖圖10-5所示。。圖10-5三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

顯然不不管負(fù)負(fù)載是是否對(duì)對(duì)稱(相等)，電路路中負(fù)負(fù)載相相電壓壓UP都等于于線電電壓UL，即UP=UL當(dāng)三相相負(fù)載載對(duì)稱時(shí)，即即各相相負(fù)載載完全全相同同，相相電流流和線線電流流也一一定對(duì)對(duì)稱。。負(fù)載載的相相電流流為線電流IL等于相電流IP的倍，即【例10-3】】在在對(duì)稱稱三相相電路路中，，負(fù)載載作形聯(lián)接接，已已知知每相相負(fù)載載均為為|Z|=50，設(shè)線線電壓壓UL=380V，試試求各各相電電流和和線電電流。。解：在在聯(lián)結(jié)負(fù)負(fù)載中中，相相電壓壓等于于線電電壓，，即UP=UL，則相相電流流線電流流【例10-4】三三相相發(fā)電電機(jī)是是星聯(lián)聯(lián)結(jié)，，負(fù)載載也是是星形形聯(lián)結(jié)結(jié)，發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)的相相電壓壓Up=1000V，，每相相負(fù)載載電阻阻均為為R=50k，XL=25k。試求求：(1)相電流流；(2)線電電流流；；(3)線電電壓壓。。解：(1)

相電流(2)線電電流流IL=IP=17.9mA(3)線電壓第三三節(jié)節(jié)三三相相電電路路的的功功率率三相相負(fù)負(fù)載載的的有有功功功功率率等等于于各各相相功功率率之之和和，，即即P=P1P2P3在對(duì)對(duì)稱稱三三相相電電路路中中，，無無論論負(fù)負(fù)載載是是星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)還還是是三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)，，由由于于各各相相負(fù)負(fù)載載相相同同、、各各相相電電壓壓大大小小相相等等、、各各相相電電流流也也相相等等，，所所以以三三相相功功率率為為其中中為對(duì)對(duì)稱稱負(fù)負(fù)載載的的阻阻抗抗角角，，也也是是負(fù)負(fù)載載相相電電壓壓與與相相電電流流之之間間的的相相位位差差。。三相電路的功功率因數(shù)為【例10-5】有一一對(duì)稱三相負(fù)負(fù)載，每相電電阻為R=6，電抗X=8，三相電源的的線電壓為UL=380V。求：(1)負(fù)載做星形聯(lián)聯(lián)結(jié)時(shí)的功率率PY；(2)負(fù)載做三角形形聯(lián)結(jié)時(shí)的功功率P。解：每相阻抗抗均為功率因數(shù)(1)負(fù)載做星形聯(lián)聯(lián)結(jié)時(shí)：相電壓

線電流等于相電流

負(fù)載的功率相電壓等于線電壓

UP=UL=380V相電流

線電流IL=IP=66A負(fù)載的功率為PY的3倍(2)負(fù)載做三角形聯(lián)結(jié)時(shí)：第四節(jié)安全全用電一、電流對(duì)人人體的作用二、常用的安安全措施一、電流對(duì)人人體的作用人體因觸及高高電壓的帶電電體而承受過過大的電流，，以致引起死死亡或局部受受傷的現(xiàn)象稱稱為觸電。觸電對(duì)人體體的傷害程度度，與流過人人體電流的頻頻率、大小、、通電時(shí)間的的長短、電流流流過人體的的途徑、以及及觸電者本人人的情況有關(guān)關(guān)。觸電事故表明明，頻率為50~100Hz的電流流最危險(xiǎn)，通通過人體的電電流超過50mA(工頻)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生生呼吸困難觸電傷人的主主要因素是電電流，但電流流值又決定于于作用到人體體上的電壓和和人體的電阻阻值。通常人體的電電阻為800至幾萬歐不等等。通常規(guī)定定36V以下的電電壓為安全電壓，對(duì)人體安全全不構(gòu)成威脅脅。常見的觸電方方式有單相觸電和兩相觸電。人體同時(shí)接接觸兩根相線線，形成兩相相觸電，這時(shí)時(shí)人體受380V的的線電壓作作用，最為危危險(xiǎn)。單相觸電是人人體在地面上上，而觸及一一根相線，電電流通過人體體流入大地造造成觸電。此此外，某些電電氣設(shè)備由于于導(dǎo)電絕緣破破損而漏電時(shí)時(shí)，人體觸及及外殼也會(huì)發(fā)發(fā)生觸電事故故。二、常用的安安全措施為防止發(fā)生觸觸電事故，除除應(yīng)注意開關(guān)關(guān)必須安裝在在火線上以及及合理選擇導(dǎo)導(dǎo)線與熔絲外外，還必須采采取以下防護(hù)護(hù)措施。(1)正確安裝用電電設(shè)備電電氣設(shè)備要根根據(jù)說明和要要求正確安裝裝，不可馬虎虎。帶電部分分必須有防護(hù)護(hù)罩或放到不不易接觸到的的高處，以防防觸電。(2)電氣設(shè)備的保保護(hù)接地把把電氣設(shè)備備的金屬外殼殼用導(dǎo)線和埋埋在地中的接接地裝置連接接起來，叫做做保護(hù)接地，適用于中性性點(diǎn)不接地的的低壓系統(tǒng)中中。電氣設(shè)備備采用保護(hù)接接地以后，即即使外殼因絕絕緣不好而帶帶電，這時(shí)工工作人員碰到到機(jī)殼就相當(dāng)當(dāng)于人體和接接地電阻并聯(lián)聯(lián)，而人體的的電阻遠(yuǎn)比接接地電阻大，，因此，流過過人體的電流流就很微小，，保證了人身身安全。(3)電氣設(shè)備的保保護(hù)接零保護(hù)接零就是在電源中中性點(diǎn)接地的的三相四線制制中，把電氣氣設(shè)備的金屬屬外殼與中性性線連接起來來。這時(shí)，如如果電氣設(shè)備備的絕緣損壞壞而碰殼，由由于中性線的的電阻很小，，所以，短路路電流很大，，立即使電路路中的熔絲燒燒斷，切斷電電源，從而消消除觸電危險(xiǎn)險(xiǎn)。(4)使用漏電保護(hù)護(hù)裝置漏漏電保護(hù)裝置置的作用主要要是防止由漏漏電引起的觸觸電事故和單單相觸電事故故；其次是防防止由漏電引引起火災(zāi)事故故以及監(jiān)視或或切除一相接接地故障。有有的漏電保護(hù)護(hù)裝置還能切切除三相電動(dòng)動(dòng)機(jī)的斷相運(yùn)運(yùn)行故障。本章小結(jié)本章介紹了電電路的基本概概念，內(nèi)容包包括：一、三相電源二、三相負(fù)載載三、三相功率率四、安全用電電最大值相等、、頻率相同，，在相位上彼彼此相差120的三個(gè)電動(dòng)勢勢稱為對(duì)稱三三相電動(dòng)勢。。對(duì)稱三相電動(dòng)動(dòng)勢瞬時(shí)值的的數(shù)學(xué)表達(dá)式式為第一相(U相)電動(dòng)勢：e1=Emsin(t)第二相(V相)電動(dòng)勢：e2=Emsin(t120)第三相(W相)電動(dòng)勢：e3=Emsin(t120)三相電源中的的繞組有星形形(亦稱Y)聯(lián)結(jié)和三角形形(亦稱)聯(lián)結(jié)兩種。一、三相電源源1.三相負(fù)載的Y聯(lián)結(jié)在三相四線制電路，線電壓UL是負(fù)載相電壓UYP的倍，即負(fù)載的相電流流IYP等于線電流IYL，即IYL=IYP當(dāng)三相負(fù)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各各相電流流(或各線電電流)最大值相相等、頻頻率相同同、相位位彼此相相差120，并且中中線電流流為零。。所以中中線可以以去掉，，即形成成三相三三線制電電路。二、三相相負(fù)載2．三相負(fù)載載的聯(lián)結(jié)負(fù)載做聯(lián)結(jié)時(shí)只只能形成成三相三三線制電電路。顯顯然不管管負(fù)載是是否對(duì)稱稱(相等)，電路中中負(fù)載相相電壓UP都等于線線電壓UL，即UP=UL當(dāng)三相負(fù)負(fù)載對(duì)稱時(shí)，相電電流和線線電流也也一定對(duì)對(duì)稱。負(fù)負(fù)載的相相電流為為線電流IL等于相電流IP的倍，即

IL=

IP三相負(fù)載載的有功功功率等等于各相相功率之之和，即即P=P1P2P3在對(duì)稱三三相電路路中，無無論負(fù)載載是星形形聯(lián)結(jié)還還是三角角形聯(lián)結(jié)結(jié)，由于于各相負(fù)負(fù)載相同同、各相相電壓大大小相等等、各相