电工技术基础与技能10三相正弦交流电路课件.ppt

1、教学重点教学重点1.了解三相交流电源的产生和特点。了解三相交流电源的产生和特点。2.掌握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。掌握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。3.掌握对称三相负载掌握对称三相负载 Y 联结和联结和 联结时，负载线电压联结时，负载线电压和相电压、线电流和相电流的关系。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。掌握对称三相功率的计算方法。教学难点教学难点1.掌握三相电路线电压与相电压、线电流与相电流的相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。位关系。2.熟练分析与计算三相电路电压、电流、功率等。熟练分析与计算三相电路电压、电流、功率等。

2、10三相正弦交流电路三相正弦交流电路10.1 10.1 三相交流电源三相交流电源10.2 10.2 三相负载的联结三相负载的联结10.310.3三相电路的功率三相电路的功率10.410.4安全用电安全用电本章小结本章小结一、三相交流电动势的产生一、三相交流电动势的产生二、三相电源的连接二、三相电源的连接1对称三相电动势对称三相电动势振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差 120 的三个电的三个电动势称为动势称为对称三相电动势对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为达式为 第一相第一相(U 相相)电动势：电动势：e1=Em

3、sin t 第二相第二相(V 相相)电动势：电动势：e2=Emsin(t 120)第三相第三相(W 相相)电动势：电动势：e3=Emsin(t 120)显然，有显然，有 e1 e2 e3=0。波形图与矢量图如图。波形图与矢量图如图 10-1 所示。所示。图图 10-1对称三相电动势波形图与矢量图对称三相电动势波形图与矢量图 2相序相序三相电动势达到最大值三相电动势达到最大值(振幅振幅)的先后次序称为的先后次序称为相序相序。e1 比比 e2 超前超前 120 ，e2 比比e3 超前超前 120 ，而，而 e3 又比又比 e1 超前超前120 ，称这种相序称为称这种相序称为正相序正相序或或顺相序顺

4、相序；反之，如果；反之，如果e1比比 e3 超前超前 120 ，e3 比比 e2 超前超前 120 ，e2 比比 e1 超前超前 120，称这种相序，称这种相序为为负相序负相序或或逆相序逆相序。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，一般在配电盘上用靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色黄色标出标出 U 相，用相，用绿色绿色标出标出 V 相，用相，用红色红色标出标出 W 相。相。三相电源有星形三相电源有星形(亦称亦称 Y形形)联结和三角形联结和三角形(亦称亦称 形）形）联结两种。联结两种。1三

5、相电源的星形三相电源的星形(Y 形形)联结联结 将三相发电机三相绕组将三相发电机三相绕组的末端的末端 U2、V2、W2(相尾相尾)连接在一点，始端连接在一点，始端 U1、V1、W1(相头相头)分别与负载相连，分别与负载相连，这种连接方法称为星形这种连接方法称为星形(Y 形形)联结。如图联结。如图 10-2 所示。所示。图图 10-2三相绕组的星形联结三相绕组的星形联结 从三相电源三个相头从三相电源三个相头 U1、V1、W1 引出的三根导线称引出的三根导线称为为端线端线或或相线相线，俗称，俗称火线火线，任意两个火线之间的电压称为，任意两个火线之间的电压称为线电压线电压。Y 形联结的形联结的公共连

6、接点公共连接点 N 称为称为中性点中性点，从中点引，从中点引出的导线称为出的导线称为中性线中性线或或零线零线。由三根相线和一根中性线组。由三根相线和一根中性线组成的输电方式称为成的输电方式称为三相四线制三相四线制(通常在低压配电中采用通常在低压配电中采用)。每相绕组始端与末端之间的电压每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中性线之间即相线与中性线之间的电压的电压)称为称为相电压相电压，它们的瞬时值用，它们的瞬时值用 u1、u2、u3 来表示，来表示，显然这三个相电压也是对称的。相电压大小显然这三个相电压也是对称的。相电压大小(有效值有效值)均为均为U1=U2=U3=UP 图图 10-3相电压与

7、线电压的矢量图相电压与线电压的矢量图 任意两相始端之间的电压任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压即火线与火线之间的电压)称称为为线电压线电压，它们的瞬时值用，它们的瞬时值用 u12、u23、u31 来表示。接法的来表示。接法的矢量图如图矢量图如图 10-3 所示。所示。显然三个线电压也是对称的。大小显然三个线电压也是对称的。大小(有效值有效值)均为均为PL3123123UUUUU 线电压比相应的相电压超线电压比相应的相电压超前前 30 ，如线电压，如线电压 u12 比相电压比相电压 u1 超前超前 30 ，线电压，线电压 u2 3 比相电比相电压压 u2 超前超前 30 ，线电压，线

8、电压 u31 比比相电压相电压 u3 超前超前 30 。2三相电源的三角形三相电源的三角形(形形)联结联结 将三相发电机的第二绕组始端将三相发电机的第二绕组始端 V1 与第一绕组的末端与第一绕组的末端 U2 相相连，第三绕组始端连，第三绕组始端 W1 与第二绕组的末端与第二绕组的末端 V2 相连，第一绕组相连，第一绕组始端始端 U1 与第三绕组的末端与第三绕组的末端 W2 相连，并从三个始端相连，并从三个始端 U1、V1、W1 引出三根导线分别与负载相连，这种连接方法称为三角形引出三根导线分别与负载相连，这种连接方法称为三角形(形形)联结。显然这时线电压等于相电压，即联结。显然这时线电压等于相

9、电压，即UL=UP这种没有中性线，只有三根相线的输电方式称为这种没有中性线，只有三根相线的输电方式称为三相三线三相三线制制。特别需要特别需要注意注意的是，在工业用电系统中如果只引出三的是，在工业用电系统中如果只引出三根导线根导线(三相三线制三相三线制)，那么就都是火线，那么就都是火线(没有中性线没有中性线)，这，这时所说的三相电压大小均指线电压时所说的三相电压大小均指线电压 UL；而民用电源则需要；而民用电源则需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压引出中性线，所说的电压大小均指相电压 UP。【例【例10-1】已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为】已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为 E=

10、220 V，试求：，试求：(1)三相电源为三相电源为 Y形形 联结时的相电压联结时的相电压 UP 与与线电压线电压 UL；(2)三相电源为三相电源为 形联结形联结时的相电压时的相电压 UP 与线电压与线电压 UL。解：解：(1)三相电源三相电源 Y 形形联结：相电压联结：相电压 UP=E=220 V，线电压线电压V3803PL UU (2)三相电源三相电源 形联结：相电压形联结：相电压 UP=E=220 V，线电，线电压压UL=UP=220 V一、负载的星形联结一、负载的星形联结二、负载的三角形联结二、负载的三角形联结三相负载的星形联结如图三相负载的星形联结如图 10-4 所示。所示。图图 1

11、0-4三相负载的星形联结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被图该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路被图片叠压，在这种电路中三相电源也是必须是片叠压，在这种电路中三相电源也是必须是 Y 联结，所以又叫联结，所以又叫做做 YY 接法接法的三相电路。显然不管负载是否对称的三相电路。显然不管负载是否对称(相等相等)，电，电路中的线电压路中的线电压 UL 都等于负载相电压都等于负载相电压 UYP 的倍，即的倍，即3YPL3UU 负载的相电流负载的相电流 IYP 等于线电流等于线电流 IYL，即，即IYL=IYP 当三相负载当三相负载对称对称时，即各相负载完全相同

12、，相电流和线电时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称流也一定对称(称为称为 YY 形对称三相电路形对称三相电路)。即各相电流。即各相电流(或各或各线电流线电流)振幅相等、频率相同、相位彼此相差振幅相等、频率相同、相位彼此相差 120，并且中性，并且中性线电流为零。所以中性线可以去掉，即形成三相三线制电路，线电流为零。所以中性线可以去掉，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。负载的接法。【例【例10-2】在负载作】在负载作 Y 联结的对称三相电路中，已知每相联结的对称三相电路中，已知

13、每相负载均为负载均为|Z|=20 ，设线电压，设线电压 UL=380 V，试求：各相电流，试求：各相电流(也也就是线电流就是线电流)。解：解：在对称在对称 Y 负载中，相电压负载中，相电压 V2203LYP UU相电流相电流(即线电流即线电流)为为 A11A20220YPYP ZUI负载做负载做 联结时只能形成三相三线制电路，如图联结时只能形成三相三线制电路，如图10-5 所所示。示。图图 10-5三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结 显然不管负载是否对称显然不管负载是否对称(相等相等)，电路中负载相电压，电路中负载相电压 U P 都等于线电压都等于线电压 UL，即，即U P=UL当三相负

14、载当三相负载对称对称时，即各相负载完全相同，相电流和线时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为电流也一定对称。负载的相电流为ZUIPP 线电流线电流 I L 等于相电流等于相电流 I P 的的 倍，即倍，即3PL3II【例【例10-3】在对称三相电路中，负载作在对称三相电路中，负载作 形联接，形联接，已知每已知每相负载均为相负载均为|Z|=50 ，设线电压，设线电压 UL=380 V，试求各相电流和，试求各相电流和线电流。线电流。解：在解：在 联结负载中，相电压等于线电压，即联结负载中，相电压等于线电压，即 U P=UL，则相电流，则相电流A6.7A50380PP ZU

15、I线电流线电流 A2.133PL II【例【例 10-4】三相发电机是星联结，负载也是星形联结，发三相发电机是星联结，负载也是星形联结，发电机的相电压电机的相电压 Up=1000 V，每相负载电阻均为，每相负载电阻均为 R=50 k，XL=25 k。试求：。试求：(1)相电流；相电流；(2)线电流；线电流；(3)线电压。线电压。解：解：k9.55k255022ZmA9.17mA9.550001PP ZUI(1)相电流相电流(2)线电流线电流IL=IP=17.9 mA(3)线电压线电压V73213PL UU三相负载的有功功率等于各相功率之和，即三相负载的有功功率等于各相功率之和，即P=P1 P2

16、 P3在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联在对称三相电路中，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，所以三相功率为等，所以三相功率为 cos3cos3LLPPIUIUP 其中其中 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电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。流之间的相位差。三相电路的功率因数为三相电路的功率因数为 cos SP【例【例 10-5】有一对称三相负载，每相电阻为有一对称三相负载，每相电阻为 R=6 ，电，电抗抗 X=8 ，三相电源的线电压为，三相电源的线电

17、压为 UL=380 V。求：。求：(1)负载做负载做星形联结时的功率星形联结时的功率 PY；(2)负载做三角形联结时的功率负载做三角形联结时的功率 P。解：每相阻抗均为解：每相阻抗均为 108622Z功率因数功率因数 6.0cos ZR (1)负载做星形联结时：负载做星形联结时：V2203LYP UUA22YPYPYL ZUIIkW78cos3YLYLY.IUP 相电压相电压 线电流等于相电流线电流等于相电流 负载的功率负载的功率3相电压等于线电压相电压等于线电压 U P=U L=380 V相电流相电流 线电流线电流I L=I P=66 A负载的功率为负载的功率为 PY 的的 3 倍倍(2)负

18、载做三角形联结时：负载做三角形联结时：A38PL ZUIkW26cos3LL IUP一、电流对人体的作用一、电流对人体的作用二、常用的安全措施二、常用的安全措施人体因触及高电压的带电体而承受过大的电流，以致引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起死亡或局部受伤的现象称为触电触电。触电对人体的伤害程度，。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。人体的途径以及触电者本人的情况有关。触电事故表明，频率为触电事故表明，频率为 50 100 Hz

19、 的电流最危险，通过的电流最危险，通过人体的电流超过人体的电流超过 50 mA(工频工频)时，就会产生呼吸困难、肌肉时，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。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。人体上的电压和人体的电阻值。通常人体的电阻为通常人体的电阻为 800 至几万欧不等。通常规定至几万欧不等。通常规定 36 V 以下的电压为以下的电压为

20、安全电压安全电压，对人体安全不构成威胁。，对人体安全不构成威胁。常见的触电方式有常见的触电方式有单相触电单相触电和和两相触电两相触电。人体同时接触。人体同时接触两根相线，形成两相触电，这时人体受两根相线，形成两相触电，这时人体受 380 V 的线电压作用，的线电压作用，最为危险。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。破损而漏电时，人体触及外壳也会发生触电事故。为防止发生触电事故，除

21、应注意开关必须安装在相线上为防止发生触电事故，除应注意开关必须安装在相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。以及合理选择导线与熔丝外，还必须采取以下防护措施。(1)正确安装用电设备正确安装用电设备 电气设备要根据说明和要求正确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。的高处，以防触电。(2)电气设备的保护接地电气设备的保护接地 把电气设备的金属外壳用导线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，称为和埋在地中的接地装置连接起来，称为保护接地保护接地，适用于中

22、，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，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。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电气设备的保护接零 保护接零保护接零就是在电源中性点接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地的三相四线制中，把电气设备的金属外壳与中性线

23、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，立即使电路中的熔断丝烧电阻很小，所以，短路电流很大，立即使电路中的熔断丝烧断，切断电源，从而消除触电危险断，切断电源，从而消除触电危险。(4)使用漏电保护装置使用漏电保护装置 漏电保护装置的作用主要是防止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

24、机的断相运行故障。装置还能切除三相电动机的断相运行故障。本章介绍了电路的基本概念，内容包括：本章介绍了电路的基本概念，内容包括：一、三相电源一、三相电源二、三相负载二、三相负载三、三相功率三、三相功率四、安全用电四、安全用电最大值相等、频率相同，在相位上彼此相差最大值相等、频率相同，在相位上彼此相差 120 的三个的三个电动势称为对称三相电动势。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对称三相电动势瞬时值的数学表达式为达式为 第一相第一相(U 相相)电动势：电动势：e1=Emsin(t)第二相第二相(V 相相)电动势：电动势：e2=Emsin(t 120)第三相第三相(W 相相)

25、电动势：电动势：e3=Emsin(t 120)三相电源中的绕组有星形三相电源中的绕组有星形(亦称亦称 Y)联结和三角形联结和三角形(亦称亦称)联结两种。联结两种。1.三相负载的三相负载的 Y 联结联结 在三相四线制电路，线电压在三相四线制电路，线电压 UL 是负载相电压是负载相电压 UYP 的的 倍，倍，即即3YPL3UU 负载的相电流负载的相电流 IYP 等于线电流等于线电流 IYL，即，即IYL=IYP 当三相负载当三相负载对称对称时，即各相电流时，即各相电流(或各线电流或各线电流)最大值相等、最大值相等、频率相同、相位彼此相差频率相同、相位彼此相差 120 ，并且中线电流为零。所以中，并

26、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。线可以去掉，即形成三相三线制电路。2三相负载的三相负载的 联结联结 负载做负载做 联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称载是否对称(相等相等)，电路中负载相电压，电路中负载相电压 U P 都等于线电压都等于线电压 UL，即，即U P=UL 当三相负载当三相负载对称对称时，相电流和线电流也一定对称。负载时，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为的相电流为 ZUIPP 线电流线电流 I L 等于相电流等于相电流 I P 的倍，即的倍，即 3I L=I P3三相负载的有功功率等于各相功率之和

27、，即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，所以三相功率为等，所以三相功率为 cos3cos3LLPPIUIUP 其中其中 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流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。之间的相位差。1触电方式触电方式 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

28、为死亡或局部受伤的现象称为触电触电。触电对人体的伤害程度，与。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 以下的电以下的电压为压为安全电压安全电压。常见的触电方式有常见的触电方式有单相触电单相触电和和两相触电两相触电。人体同时接触两。人体同时接触两根相线，形成两相触电，这时人体受根相线，形成两相触电，这时人体受 380 V 的线电压作用，最的线电压作用，最为危险。单相触电是人体在地面上，而触及一根相线，电流通为危

29、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。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，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、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。使用漏电保护装置等。谢谢观赏！2020/11/537