第4章三相交流電路-江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、項(xiàng)目四 三相交流電路,（時(shí)間：4次課，8學(xué)時(shí)）,三相正弦交流電源在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，不僅應(yīng)用在三相電路中，而且也可以應(yīng)用在單相電路中，即僅利用三相交流電源中的一相。三相電源之所以得到廣泛應(yīng)用，就在于有許多優(yōu)點(diǎn)：在輸送相同功率的情況下，三相交流發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)較單相設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、性能好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)；在輸送相同電能，距離和線路損失相同的情況下，采用三相制輸電比單相制節(jié)省材料，從而降低成本。目前各國(guó)的電力

2、系統(tǒng)中電能的發(fā)、送、配一般都采用三相制，三相系統(tǒng)是由三相電源、三相負(fù)載和三相輸電線路3部分組成。,項(xiàng)目四 三相交流電路,任務(wù)一 三相正弦交流電源任務(wù)二 三相電路的計(jì)算任務(wù)三 三相電路的功率任務(wù)四 安全用電常識(shí),任務(wù)一 三相正弦交流電源,4.1.1 三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 4.1.2 三相電源的連接,4.1.1 三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生,1. 對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

3、三相交流發(fā)電機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。在定子鐵芯的內(nèi)圓周表面的凹槽內(nèi)，裝有結(jié)構(gòu)完全相同、在空間彼此相隔機(jī)械角的3個(gè)繞組A-X、B-Y、C-Z，分別稱為A相繞組、B相繞組、C相繞組。 A、B、C分別是3個(gè)繞組的始端(或首端)； X、Y、Z分別是3個(gè)繞組的末端(或尾端)。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有勵(lì)磁繞組(用直流勵(lì)磁)，當(dāng)勵(lì)磁繞組中通以直流電，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場(chǎng)。選擇合適的磁極表面形狀和勵(lì)磁繞組的布置情況，定子與轉(zhuǎn)

4、子間的氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度將按正弦規(guī)律分布。,對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)：振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120?的3個(gè)電動(dòng)勢(shì)。 三相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為用相量表示為,,,對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)的波形圖與相量圖如圖4.1所示。 圖4.1 對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)的波形圖和相量圖顯然，3個(gè)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值或相量值之和等于零，即,,2. 相序 3個(gè)電動(dòng)勢(shì)在相位上除了依次相差之外，在時(shí)間上還

5、存在先后次序關(guān)系，即所謂的相序。三相電動(dòng)勢(shì)達(dá)到正的最大值(或相應(yīng)零值)的先后次序叫做三相電動(dòng)勢(shì)的相序。（1）正序或順序：eA超前eB 120?，eB超前eC 120?，而eC又超前eA 120?，則相序?yàn)锳—B—C—A；（2）負(fù)序或逆序：eA超前eC 120?，eC超前eB 120?，而eB 又超前eA 120?，則相序?yàn)锳—C—B—A。 如無(wú)特別說明，三相電動(dòng)勢(shì)均采用正相序。在電力系統(tǒng)中，相序是一個(gè)十分重要的

6、概念，相序一旦確定，便不可隨意更改，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。,4.1.2 三相電源的連接,在采用三相制的電力系統(tǒng)中，作為三相電源的三相交流發(fā)電機(jī)的3個(gè)繞組并不是單獨(dú)供電的，而是按照一定方式連接起來，形成一個(gè)整體，三相電源的連接有星形(亦稱Y形)接法和三角形(亦稱 △ 形)接法兩種。,1. 三相電源的星形(Y形)連接 如圖4.2所示為三相電源的星形(Y形)連接，中(性)點(diǎn)N：將三相交流發(fā)電機(jī)三個(gè)繞組的末端X、Y、

7、Z連接在一點(diǎn)，成為一個(gè)公共點(diǎn)。從中點(diǎn)N引出的導(dǎo)線稱為中線，當(dāng)中點(diǎn)接地時(shí)，又叫零線。始端A、B、C分別與負(fù)載相連，從始端A、B、C引出的三根導(dǎo)線稱為端線(又叫火線)。端線A、B、C之間的電壓(即火線與火線之間的電壓)稱為線電壓，如 、 、 。端線中的電流稱為線電流，線電壓和線電流的有效值分別用 和 表示。,,,,,,,,電源每一相(端線與中線之間)的電壓稱為相電壓，如 、 、 。

8、各相電源中的電流稱為相電流，相電壓和相電流的有效值分別用 和 表示。由3根相線和1根中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)。對(duì)于圖4.2所示的三相星形電源，有,圖4.2 三相電源的星形連接,上式適用于任意三相正弦電源，當(dāng)三相電源對(duì)稱時(shí)，設(shè)A相電壓初相為零，則有 所以由上式可以得到,,,,,可見

9、，對(duì)稱三相星形連接電源的3個(gè)線電壓和3個(gè)相電壓一樣也是對(duì)稱的。線電壓等于相電壓的 倍，例如在低壓配電系統(tǒng)中相電壓為220V，線電壓為380V，此類系統(tǒng)能給負(fù)載提供兩種電壓。線電壓比相應(yīng)的相電壓超前30?，相量圖如圖4.3所示。 圖4.3 相電壓與線電壓的相量圖,,2. 三相電源的三角形(△形)連接

10、 如圖4.4所示為三相電源的三角形(△形)連接，將三相交流發(fā)電機(jī)的3個(gè)繞組的始、末端依次連接成一個(gè)回路，即將A相繞組的末端X與B相繞組的始端B相連，B相繞組的末端Y與C相繞組的始端C相連，C相繞組的末端Z與A相繞組的始端A相連，三相電源的三角形連接只有3個(gè)連接點(diǎn)，沒有中點(diǎn)，不能引出中線，從這3個(gè)連接點(diǎn)處引出3根導(dǎo)線就是火線，分別與負(fù)載相連，這種沒有中線、只有3根相線的輸電方式叫做三相三線制。,,,對(duì)于圖4.4所示的三相三角形電源，有

11、 顯然，線電壓等于相電壓，相量圖如圖4.5所示。 圖4.4 三相電源的三角形連接 圖4.5 對(duì)稱三角形電源的相量圖,當(dāng)三相電源做三角形連接時(shí)，回路中的電壓代數(shù)和為零，即需要注意的是，必須嚴(yán)格按照始、末順序正確連接三相繞阻，如果有一相接反了，則回路中的電流將不為零，因?yàn)槊恳幌嗬@組的內(nèi)阻抗都不大，將會(huì)在內(nèi)部形成很大的環(huán)流，有燒壞繞阻的危險(xiǎn)。為避免這種錯(cuò)誤

12、，可以在接線時(shí)，先保留最后兩個(gè)端子，將伏特表接入這兩個(gè)端子，如果讀數(shù)為零，則表明接法正確，然后將最后兩個(gè)端子接上即可。,,任務(wù)二 三相電路的計(jì)算,4.2.1 負(fù)載星形連接三相電路的計(jì)算4.2.2 負(fù)載三角形連接三相電路的計(jì)算,4.2.1 負(fù)載星形連接三相電路的計(jì)算,1. 負(fù)載的星形連接 如圖4.6所示的是三相負(fù)載的星形連接。這種連接有3根火線和1根零線，是三相四線制電路，因?yàn)樵谶@種電路中三相電源也是星形連接，所以又叫

13、做Y－Y接法的三相電路。 圖4.6 負(fù)載星形連接的三相四線制電路,2. 負(fù)載星形連接三相電路的計(jì)算 從圖4.6可以看出，不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，每相負(fù)載的電壓均為電源的相電壓。每相負(fù)載的電流稱為相電流，等于線電流。 當(dāng)三相負(fù)載為對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)，也就是說各相負(fù)載的阻抗具有相同的參數(shù)，即電阻相等、電抗相等時(shí)，由于電源電壓

14、的對(duì)稱性，所以負(fù)載的相電流(或線電流)也一定對(duì)稱，即各相電流(或各線電流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120?，根據(jù)基爾霍夫電流定律可以得出，中性線電流等于零，即,這樣一來，中線就可以去掉，即形成了三相三線制電路，如圖4.7所示。 圖4.7 負(fù)載星形連接的三相三線制電路,例4-1 如圖4.6所示的對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作Ｙ形連接

15、，已知每相負(fù)載的電阻R=6?，電抗X=8?，設(shè) ，試求各相電流，并驗(yàn)證中性線電流是否為零。解：因?yàn)樨?fù)載對(duì)稱，所以每相負(fù)載電壓為由圖4.3知相電壓滯后相應(yīng)的線電壓，所以,,,,每相負(fù)載的阻抗值為所以，相電流為,A相負(fù)載的電流為因?yàn)閷?duì)稱性，所以B相負(fù)載和C相負(fù)載電流分別為根據(jù)KCL定律，并將三相負(fù)載電流相加，即為中性線電流,,,,,4.2.2

16、 負(fù)載三角形連接三相電路的計(jì)算,1. 負(fù)載的三角形連接 如圖4.8所示的是負(fù)載的三角形連接。這種連接只有3根線，所以只能形成三相三線制電路。由于電源采用的是星形連接，所以此電路又稱做Y－△接法的三相電路。 圖4.8 負(fù)載三角形連接的三相電路,2. 負(fù)載三角形連接三相電路的計(jì)算

17、 從圖4.8可以看出，不管負(fù)載是否對(duì)稱，每相負(fù)載的電壓均為電源的線電壓，每相負(fù)載的電流稱為相電流。當(dāng)三相負(fù)載為對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)，同前面星形連接的對(duì)稱三相負(fù)載一樣，由于電源電壓的對(duì)稱性，所以負(fù)載的相電流(或線電流)也一定對(duì)稱，即,,,則 可見，當(dāng)三相負(fù)載為對(duì)稱三相負(fù)載時(shí)，各相電流(或各線電流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差12

18、0?，如圖4.9所示，相電流等于線電流的 ，相電流比相應(yīng)的線電流超前30?。,圖4.9 線電流與相電流的相量關(guān)系,例4-2 在如圖4.8所示的對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作 △形連接，已知每相負(fù)載阻抗均為|Z|= 20 ?，設(shè)電源相電壓為220V，試求各相負(fù)載的相電流和線電流的大小。解：在負(fù)載做三角形連接的電路中，每相負(fù)載上的 相電壓等于電源的線電壓，即則相電流線電流,,,任務(wù)三 三相電路的功率,不論負(fù)載做星形連接

19、還是做三角形連接，在三相電路中，三相負(fù)載消耗的總有功功率必定等于各相負(fù)載上有功功率之和，即在對(duì)稱三相電路中，由于各相負(fù)載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相有功功率為 其中， ? 為對(duì)稱負(fù)載的阻抗角，也是負(fù)載相電壓與相電流之間的相位差。,,,類似地，三相電路的總無(wú)功功率等于各相負(fù)載上的無(wú)功功率之和，即三相電路的總視在功率為

20、 在對(duì)稱三相電路中，三相負(fù)載的總視在功率等于各相負(fù)載上的視在功率之和， 即 三相電路的功率因數(shù)為 三相電路的總瞬時(shí)功率等于各相負(fù)載上的瞬時(shí)功率之和，即,,,,,在對(duì)稱三相電路中，各相負(fù)載的瞬時(shí)功率分別為,,,,,,,,所以有 可見，在對(duì)稱三相電路中，瞬時(shí)功率是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常量，其數(shù)值

21、恰好等于有功功率P，習(xí)慣上稱這種性質(zhì)為“瞬時(shí)功率平衡”，這說明三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是恒定的，從而可以保證電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。這是對(duì)稱三相電路的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。,例4-3 有一臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)，每相繞組的等效阻抗為Z=16+j12?，對(duì)稱三相電源的線電壓為Ul = 380V。試求：(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)做星形連接時(shí)的有功功率；(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)做三角形連接時(shí)的有功功率。 解：由Z=16+j12 ? 得

22、 (1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)做星形連接時(shí)：,,,,(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)做三角形連接時(shí)： 比較(1)和(2)的計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)做不同連接時(shí)所消耗的功率是不同的，做三角形連接時(shí)消耗的功率等于做星形連接時(shí)消耗功率的3倍。在本題中，電源電壓為線電壓，電動(dòng)機(jī)做星形連接時(shí)消耗的功率較小，所以當(dāng)電源電壓為線電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)做星形連接；而當(dāng)電源電壓為相電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)做三角形連接。,,任務(wù)四 安全用電常識(shí),4.4.1 電流對(duì)人體

23、的作用 4.4.2 觸電方式4.4.3 保護(hù)接地和接零4.4.4 靜電防護(hù)和電氣防爆,4.4.1 電流對(duì)人體的作用,人體因觸及高電壓的帶電體，使身體承受過大的電流，以致引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象稱為觸電 。觸電對(duì)人體的傷害程度，與流過人體電流的種類、頻率、大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短、電流流過人體的途徑，以及觸電者本身的情況有關(guān)。通常交流電的危險(xiǎn)性大于直流電，因?yàn)榻涣麟娏髦饕锹楸云茐纳窠?jīng)系統(tǒng)，使人體難以自主擺脫，而頻率為50~

24、100Hz的電流最為危險(xiǎn)。而當(dāng)頻率高于2000Hz時(shí)，交流電由于趨膚效應(yīng)，危險(xiǎn)性將減小。此外，電流流經(jīng)人體的大腦或心臟時(shí)，最容易造成死亡事故 。,觸電傷人的主要因素是電流的大小當(dāng)電流在0.5~5mA時(shí)，人就會(huì)有痛感，但尚可忍受，能夠自主擺脫；當(dāng)電流大于5mA時(shí)，人體將發(fā)生痙攣，難以忍受；當(dāng)電流超過50mA時(shí)，人體就會(huì)產(chǎn)生呼吸困難、肌肉痙攣、中樞神經(jīng)遭受損害，從而使心臟停止跳動(dòng)以致死亡。根據(jù)歐姆定律，電流的大小決定于作用到人體上的

25、電壓和人體的電阻值。通常人體的電阻為800?至幾萬(wàn)歐不等。因此，通常規(guī)定36V以下的電壓為安全電壓，對(duì)人體安全不構(gòu)成威脅。但在特別潮濕，有腐蝕性氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)地(如金屬容器內(nèi)、礦井內(nèi))，其手提照明燈或頭戴礦燈的電壓不得超過12V。,4.4.2 觸電方式,常見的觸電方式主要有單相觸電和兩相觸電兩種。如果人體同時(shí)接觸兩根相線，則形成兩相觸電，電流將從一根火線經(jīng)人手進(jìn)入人體，再經(jīng)另一只手回到另一根火線，形成回路，這時(shí)人體承受380V的線電壓

26、作用，最為危險(xiǎn)。當(dāng)人體站在地面上，一只手觸及一根相線，則形成單相觸電，電流從火線經(jīng)人手進(jìn)入人體，再?gòu)哪_經(jīng)大地和電源的接地裝置回到電源中點(diǎn)，這時(shí)人體承受220V的相電壓，也很危險(xiǎn)。事實(shí)上，觸電死亡事故中，大部分是單相觸電。此外，當(dāng)某些電氣設(shè)備由于導(dǎo)電絕緣破損而漏電時(shí)，人體觸及外殼也會(huì)發(fā)生觸電事故。,4.4.3 保護(hù)接地和接零,1. 電氣設(shè)備的保護(hù)接地 把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與埋在地中的接地裝置可靠地連接起來，這種接地

27、方式叫做保護(hù)接地。埋在地下的鋼條、鋼管就是常見的接地裝置，其電阻不得超過4Ω。根據(jù)規(guī)定，在中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中需采用保護(hù)接地。電氣設(shè)備采用保護(hù)接地以后，即使外殼因絕緣不好而帶電，這時(shí)工作人員碰到機(jī)殼就相當(dāng)于人體和接地電阻并聯(lián)，而人體的電阻遠(yuǎn)比接地電阻大，因此流過人體的電流就很微小，保證了人身安全。,2. 電氣設(shè)備的保護(hù)接零 保護(hù)接零就是在電源中性點(diǎn)接地的三相四線制中，把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與電

28、源的中性線可靠地連接起來，所以又稱保護(hù)接中線。這時(shí)，如果電氣設(shè)備某相繞阻的絕緣損壞而碰殼，由于中性線的電阻很小，所以短路電流很大，立即使該相電路中的熔絲燒斷，切斷電源，從而消除人觸電的危險(xiǎn)。,4.4.4 靜電防護(hù)和電氣防爆,1. 靜電防護(hù) 靜電產(chǎn)生于很多情況，比如皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)，皮帶與皮帶輪摩擦起電；物料在粉碎、碾壓、攪拌、擠壓等加工過程中的摩擦起電；在金屬管道中輸送液體或用氣體輸送粉質(zhì)物料等。還有就是帶靜電的物體按照靜

29、電感應(yīng)原理還會(huì)對(duì)附近的導(dǎo)體在近端感應(yīng)出異性電荷，而在遠(yuǎn)端產(chǎn)生同性電荷，并能在導(dǎo)體表面曲率較大的部分發(fā)生尖端放電。,靜電的危害主要是由于靜電放電引起周圍易燃易爆的液體、氣體或粉塵起火乃至爆炸；還可能使人遭受電擊，一般情況下，限于靜電能量，雖不至于死亡，但可能引起跌倒等二次傷害。 消除靜電的最基本的方法是接地，把物料加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備及管道的金屬體統(tǒng)統(tǒng)用導(dǎo)線連接起來并接地，接地電阻阻值不要求像供電線路中保護(hù)接地那么小

30、，但要牢靠，使靜電消散或消除。,2. 電氣防爆 電氣設(shè)備的絕緣材料(包括絕緣油)多數(shù)是可燃物質(zhì)。或由于材料老化，滲入雜質(zhì)，因而失去絕緣性能使得可能引起火花、電??；或由于過載、短路的保護(hù)電器失靈使得電器設(shè)備過熱；或由于絕緣導(dǎo)線端子螺絲松動(dòng)，使接觸電阻增大而過熱等，都可能使絕緣材料燃燒起來并波及周圍可燃物而釀成火災(zāi)。電烙鐵、電爐等電熱器使用不當(dāng)、用完忘記斷電也可引起火災(zāi)。因此，用電時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，經(jīng)常檢查電氣設(shè)備運(yùn)行情況(