《电路》课件第 5 章 三相交流电路.ppt
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1、1第第 5 5 章章 三相交流三相交流电路电路5.1 5.1 三相交流电源三相交流电源5.2 5.2 三相负载三相负载5.3 5.3 安全用电常识安全用电常识 重要知识点重要知识点 本章小结本章小结本章要点本章要点三相电源的基本概念。三相电源的基本概念。三相电源和三相负载的连接方法。三相电源和三相负载的连接方法。三相电路中电压、电流与功率。三相电路中电压、电流与功率。触电的基本常识。触电的基本常识。预防触电的措施和触电急救常识。预防触电的措施和触电急救常识。本章难点本章难点三相电路中电压、电流与功率的计算。三相电路中电压、电流与功率的计算。预防触电的措施和触电急救方法。预防触电的措施和触电急救
2、方法。2第第 5 5 章章 三相交流三相交流电路电路5.1 5.1 三相交流电源三相交流电源 当前,世界上大多数国家电力系统中电能的生当前,世界上大多数国家电力系统中电能的生产、传送和供电方式都采用三相制,三相制是指产、传送和供电方式都采用三相制,三相制是指3 3个个同幅度、同频率、但相位差不同的电压源按一定的同幅度、同频率、但相位差不同的电压源按一定的连接方式连接在一起的供电系统。连接方式连接在一起的供电系统。从发电、输电及用电的设备性能和经济指标等从发电、输电及用电的设备性能和经济指标等方面考虑,三相供电制比同等功率的单相供电制具方面考虑,三相供电制比同等功率的单相供电制具有更多的优越性。
3、有更多的优越性。3返回返回5.1.1 5.1.1 三相电源的基本概念三相电源的基本概念 对称三相电压是三相交流发电机产生的,三相交对称三相电压是三相交流发电机产生的,三相交流电源是流电源是3 3个单相交流电源按一定方式进行的组合,个单相交流电源按一定方式进行的组合,这这3 3个电源依次称为个电源依次称为A A相、相、B B相和相和C C相,各相的频率相同,相,各相的频率相同,振幅(最大值)相等,相位彼此相差振幅(最大值)相等,相位彼此相差120120。设第一相初相位为设第一相初相位为 0 0o o,第二相的初相为,第二相的初相为-120-120o o ,第三相的初相为第三相的初相为120120
4、o o ,所以瞬时表达式为,所以瞬时表达式为4AoBoC2cos2cos(120)2cos(120)uUtuUtuUt对称三相电源也可以用相量的复数形式表示,即对称三相电源也可以用相量的复数形式表示,即5oAoBoC0120120UUUUUU 5.1.1 5.1.1 三相电源的基本概念三相电源的基本概念(a a)符号)符号 (b b)波形图波形图 (c c)相量图相量图 图图5-1 对称三相电源对称三相电源 任意时刻三相电源的瞬时值之和为零。即任意时刻三相电源的瞬时值之和为零。即 对称三相电压的相量和也为零,即对称三相电压的相量和也为零,即 我们把三相电源中各相电源达到最大值的先后顺我们把三相
5、电源中各相电源达到最大值的先后顺序称为相序。序称为相序。图图5-15-1(b b)所示的相序是)所示的相序是ABCAABCA,是正相序。,是正相序。反之,如果反之,如果B B相超前相超前A A相相120 120,A A相超前相超前C C相相120 120,这种相,这种相序称为反相序或逆相序。序称为反相序或逆相序。对于三相电动机,如果相序反了,就会反转。对于三相电动机,如果相序反了,就会反转。60 CBAuuu0CBAUUU5.1.25.1.2三相电源的连接方式三相电源的连接方式1 1三相电源的星形连接方式三相电源的星形连接方式7(a a)Y Y形连接方式(形连接方式(b b)线电压与相电压的关
6、系)线电压与相电压的关系 图图5-2 三相电源的星形连接三相电源的星形连接 注意注意:三相电源以星形连接时,相电压不等于三相电源以星形连接时,相电压不等于线电压。线电压。1 1三相电源的星形连接方式三相电源的星形连接方式各线电压的相量表达式为各线电压的相量表达式为8oANAoBNBoCNC0120120UUUUUUUUU 各各相相电压的相量表达式为电压的相量表达式为oABANBNoBCBNCNoCACNAN3303903150UUUUUUUUUUUU 三相电源作星形连接时,三个相电压和三三相电源作星形连接时,三个相电压和三个线电压均为三相对称电压,线电压与相电压数个线电压均为三相对称电压,线电
7、压与相电压数值之间的关系为值之间的关系为 各线电压的有效值为相电压有效值的各线电压的有效值为相电压有效值的 倍,且线电压相位比对应的相电压超前倍,且线电压相位比对应的相电压超前3030。我国工矿企业配电线路中普遍使用的相电我国工矿企业配电线路中普遍使用的相电压为压为220220V V,线电压为,线电压为380380V V,就是由这种星形接法,就是由这种星形接法的三相电源供电的。的三相电源供电的。91 1三相电源的星形连接方式三相电源的星形连接方式LP3UU32 2三相电源的三角形形连接方式三相电源的三角形形连接方式 三个电源首尾相接(三个电源首尾相接(A A尾尾B B首、首、B B尾尾C C首
8、、首、C C尾尾A A首),构成三相电源的三角形连接。然后从三个首),构成三相电源的三角形连接。然后从三个连接点引出三根火线送至负载。连接点引出三根火线送至负载。10(a a)形连接方式)形连接方式 (b b)线电压与相电压的关系)线电压与相电压的关系 图图5-3 三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接线电压与相电压之间的关系为线电压与相电压之间的关系为 即,线电压就是即,线电压就是相电压。相电压。在三角形连接中,三个单相电源构成一个回路,在三角形连接中,三个单相电源构成一个回路,回路的总电压为零,这样在回路中不会产生电流。回路的总电压为零,这样在回路中不会产生电流。注意注意:如果有一个单相
9、电源接错,那么回路的电压:如果有一个单相电源接错,那么回路的电压不为零,而绕组的电阻是非常小的,这样回路中便会产不为零,而绕组的电阻是非常小的,这样回路中便会产生很大的电流,很容易造成设备的损坏。生很大的电流,很容易造成设备的损坏。11LPUUoABAoBCBoCAC0120120UUUUUUUUU 5.2 5.2 三相负载三相负载 三相电路负载有三相电路负载有星形星形连接和连接和三角形三角形连接两种方式。连接两种方式。单相负载在接入电路时,可以选择接入线电压或单相负载在接入电路时,可以选择接入线电压或者相电压。者相电压。照明电路大多数选择的是接入相电压,大多时照明电路大多数选择的是接入相电压
10、,大多时候需要中线。候需要中线。常见的三相电动机有三个阻抗相同的对称三相常见的三相电动机有三个阻抗相同的对称三相负载,分别接入三个线电压,三相负载的连接方式也负载,分别接入三个线电压,三相负载的连接方式也有星形连接和三角形连接两种。有星形连接和三角形连接两种。12返回返回5.2.1 5.2.1 三相负载的连接方式三相负载的连接方式 1 1三相负载的三相负载的星形连接星形连接方式方式 将三相负载的一端接成公共端,与电源的中线相将三相负载的一端接成公共端,与电源的中线相连,三个负载的另外一端接到三相电源的三条火线上。连,三个负载的另外一端接到三相电源的三条火线上。13 (a a)Y-YY-Y连接方
11、式连接方式 (b b)相量图)相量图图图5-4 三相负载三相四线制的星形连接三相负载三相四线制的星形连接 N0I中线上电流为零中线上电流为零,即即1 1三相负载的星形连接方式三相负载的星形连接方式设负载阻抗设负载阻抗14AN NAABN NBBCN NCCUUUIZzUUUIZzUUUIZzABCZZZz 对称的三相负载作星形联接时,对称的三相负载作星形联接时,中线电流为零中线电流为零,可以省略中线而成为三相三线制,并不影响电路工作,可以省略中线而成为三相三线制,并不影响电路工作,图图5-5 5-5 对称三相负载三相三线制的星形连接对称三相负载三相三线制的星形连接 15 注意注意:如果三相负载
12、不对称,各相电流大小就不相等,如果三相负载不对称,各相电流大小就不相等,相位差也不一定是相位差也不一定是120120,中线电流不为零,不能省去,中线电流不为零,不能省去中线。中线。否则会影响电路正常工作,甚至造成事故。否则会影响电路正常工作,甚至造成事故。三相四线制中除尽量使负载平衡运行之外,中线三相四线制中除尽量使负载平衡运行之外,中线上不准安装熔丝和开关。上不准安装熔丝和开关。【例例5-15-1】对称三相负载星形连接电路(对称三相负载星形连接电路(Y-YY-Y连接)连接)如图所示,已知各相阻抗均为如图所示,已知各相阻抗均为 ,接在线电压为接在线电压为380V380V的三相电源上。试求各相的
13、相电流、的三相电源上。试求各相的相电流、线电流及相电流与线电流之间的相位差。线电流及相电流与线电流之间的相位差。16(6j8)解解:相电压为相电压为LP380220V33UU2222L6810zRX阻抗的模为阻抗的模为PLP22022A10UIIz线电流等于相电流线电流等于相电流8=arctgarctg53.16XR 相电流滞后相应的相电压的角度为阻抗的幅相电流滞后相应的相电压的角度为阻抗的幅角,即角,即2 2三相负载的三角形连接方式三相负载的三角形连接方式 他将三相负载的每一相负载分别接在三相电源他将三相负载的每一相负载分别接在三相电源的两根相线之间,也就是说负载的相电压等于线电压。的两根相
14、线之间,也就是说负载的相电压等于线电压。17图图5-7 5-7 三相负载的三角形(三相负载的三角形()连接连接设负载阻抗对称,有分别为设负载阻抗对称,有分别为abbccaZZZZ Zz电源的相电压为电源的相电压为18oAoBoC0120120UUUUUU oabA BobcBCocaC A3303903150UUUUUUUUU 负载的相电压等于电源的线电压负载的相电压等于电源的线电压相电流为相电流为oababobcbcocaca3(30)3(90)3(150)UUIZzUUIZzUUIZz 根据节点电流定律,可得线电流为根据节点电流定律,可得线电流为19oAabcaaboBbcabbcoCca
15、bcca330330330IIIIIIIIIIII 对称负载三角形连接时,相电压与线电压相等,且对对称负载三角形连接时,相电压与线电压相等,且对称。线电流与相电流也是对称的。称。线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电流的线电流大小是相电流的 倍,相位落后相电流倍,相位落后相电流30。图图5-8 对称负载三角形连接线电流与相电流的相量图对称负载三角形连接线电流与相电流的相量图 3【例例5-25-2】对称三相负载三角形连接电路(对称三相负载三角形连接电路(Y-Y-连连接)如图接)如图5-75-7所示,已知各相阻抗均所示,已知各相阻抗均为为 ,对称三相电源线电压,对称三相电源线电压为为 。试求负
16、载的各相电流。试求负载的各相电流和线电流。和线电流。204j4Z oAB380 30 VUoabAB380 30 VUU解:负载电压解:负载电压o4j45.745Z 负载阻抗负载阻抗ab相负载电流为相负载电流为ooababoab380 3066.715 A5.7 45UIZ根据对称性,可知另外两相的负载电流为根据对称性,可知另外两相的负载电流为obcoca66.7135 A66.7 105 AII 再根据相电流与线电流的关系以及对称性,再根据相电流与线电流的关系以及对称性,可知各线电流为可知各线电流为 21ooAab330115.545 AII oBoC115.5165 A115.575 AI
17、I 注意:注意:(1 1)电流的对称性是频率相同、振幅相等、相位)电流的对称性是频率相同、振幅相等、相位相差相差120o的三相电流;的三相电流;(2 2)相电流与线电流的关系是线电流大小是相电)相电流与线电流的关系是线电流大小是相电流的流的 倍,相位落后相应相电流倍,相位落后相应相电流3030。35.2.2 5.2.2 对称三相电路的功率对称三相电路的功率当负载对称时,各相的功率为当负载对称时,各相的功率为 P Pp p=U Up pI Ip pcoscos 为相电压与相电流的相位差角为相电压与相电流的相位差角(阻抗角阻抗角),coscos 为各相负载的功率因数。为各相负载的功率因数。三相总功
18、率为三相总功率为P P=3=3P Pp p=3=3U Up pI Ip pcoscos 22当负载采用星形(当负载采用星形(Y)连接时)连接时LPLP 3,UUIIL LL L1 3cos3cos3PU IU I 当负载采用三角形(当负载采用三角形()连接时)连接时235.2.2 5.2.2 对称三相电路的功率对称三相电路的功率LpLp,3UUII总的有功功率为总的有功功率为LLLL1 3cos3cos3PUIU I 不论是采用星形连接还是三角形连接,有功功率不论是采用星形连接还是三角形连接,有功功率用线电压表示都是一样的。用线电压表示都是一样的。总的无功功率和视在功率的表达式为总的无功功率和
19、视在功率的表达式为ppLL 3sin3sinQU IU I22p pL L 33SPQU IU I 【例例5-35-3】已知三相电动机(对称三相负载)已知三相电动机(对称三相负载)的每一电阻的每一电阻R R=6=6,感抗,感抗X XL L=8=8,接在对称三相电源上,接在对称三相电源上,线电压的大小为线电压的大小为 。试计算负载分。试计算负载分别做星形和三角形连接时所取用的功率。别做星形和三角形连接时所取用的功率。24L3 8 0 VU解解:每一相负载的阻抗为每一相负载的阻抗为2222L6810zRX负载的功率因数为负载的功率因数为6cos0.610Rz(1)星形连接时)星形连接时Lp380
20、220V33UU相电压相电压线电流线电流PLP22022A10UIIz三相功率为三相功率为25LL3cos338022 0.68.67kWPU I(2)三角形连接时)三角形连接时相电压与相电流为相电压与相电流为PpLP380 380V,38A10UUUIz线电流为线电流为Lp 333866AII三相功率为三相功率为L L3cos3 380 66 0.6 26kWPU I 注意注意:在同样的线电压下,负载做三角形连接在同样的线电压下,负载做三角形连接时所取用的功率是星形连接时的时所取用的功率是星形连接时的3倍倍5.3 5.3 安全用电常识安全用电常识 5.3.1 5.3.1 触电的基本常识触电的
21、基本常识 1.1.触电的伤害触电的伤害 触电是指人体接触或接近带电体,引起人体局部触电是指人体接触或接近带电体,引起人体局部受伤或死亡的现象。一般可分为电击和电伤两种类型。受伤或死亡的现象。一般可分为电击和电伤两种类型。电击电击是指电流通过人体所造成的内部伤害,它会是指电流通过人体所造成的内部伤害,它会破坏人的心脏、呼吸及神经系统的正常工作,甚至危及破坏人的心脏、呼吸及神经系统的正常工作,甚至危及生命。绝大部分触电死亡事故是由电击造成的。生命。绝大部分触电死亡事故是由电击造成的。电伤电伤是指人体外部皮肤受到电流的伤害。电伤不损是指人体外部皮肤受到电流的伤害。电伤不损坏人体内部器官,但严重的电伤
22、也可致人死亡。坏人体内部器官,但严重的电伤也可致人死亡。26返回返回2.2.影响触电伤害程度的因素影响触电伤害程度的因素 触电对人体的伤害与通过人体电流大小、触电对人体的伤害与通过人体电流大小、通电时间、电流途径及电流性质有关。通电时间、电流途径及电流性质有关。触电的电压越高,电流越大,时间越长,触电的电压越高,电流越大,时间越长,对人体的危害越严重。对人体的危害越严重。关键是通过人体的电流越大,人体的生理关键是通过人体的电流越大,人体的生理反应越强烈,对人体的危害也就越大。反应越强烈,对人体的危害也就越大。273.3.安全电压安全电压 加在人体上一定时间内不致造成伤害的电压叫安加在人体上一定
23、时间内不致造成伤害的电压叫安全电压。为了保障人身安全,使触电者能够自行脱离全电压。为了保障人身安全,使触电者能够自行脱离电源,不至于引起人身伤亡。电源,不至于引起人身伤亡。安全电压安全电压:50Hz500 Hz50Hz500 Hz的交流电压额定值有的交流电压额定值有36V36V,24V24V,12V12V,6V6V四种,直流电压额定值有四种,直流电压额定值有48V48V,24V24V,12V12V,6V6V四种,以供不同场合使用。四种,以供不同场合使用。安全电压在任何情况下均不得超过安全电压在任何情况下均不得超过50V50V有效值,有效值,当使用大于当使用大于24V24V的安全电压时,必须有防
24、止人身直接触的安全电压时,必须有防止人身直接触及带电体的保护措施。在高温、潮湿场所使用的安全及带电体的保护措施。在高温、潮湿场所使用的安全电压规定为电压规定为12V12V。284.4.触电原因触电原因 触电原因有以下四种。触电原因有以下四种。(1 1)线路架设不合格)线路架设不合格 采用一线一地制的违章线路架设,当接地零线被拔出、采用一线一地制的违章线路架设,当接地零线被拔出、线路发生短路或接地不良时,均会引起触电;室内导线破旧、线路发生短路或接地不良时,均会引起触电;室内导线破旧、绝缘损坏或敷设不合格时,容易造成触电或短路引起火灾;绝缘损坏或敷设不合格时,容易造成触电或短路引起火灾;无线电设
25、备的天线、广播线或通信线与电力线距离过无线电设备的天线、广播线或通信线与电力线距离过近或同杆架设时,如发生断线或碰线,电力线电压就会传到近或同杆架设时,如发生断线或碰线,电力线电压就会传到这些设备上而引起触电;这些设备上而引起触电;电气工作台布线不合理,使绝缘线被磨坏或被烙铁烫电气工作台布线不合理,使绝缘线被磨坏或被烙铁烫坏而引起触电等。坏而引起触电等。29(2 2)用电设备不合格)用电设备不合格 用电设备的绝缘损坏造成漏电,而外壳无保用电设备的绝缘损坏造成漏电,而外壳无保护接地线或保护接地线接触不良而引起触电;护接地线或保护接地线接触不良而引起触电;开关和插座的外壳破损或导线绝缘老化,开关和
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