三相電路及其應(yīng)用

1、第3章 三相電路及其應(yīng)用,本章從三相電壓的特點(diǎn)出發(fā)，介紹三相電源的星形、三角形聯(lián)接；介紹了對稱三相電路的構(gòu)成及分析方法；最后介紹了工業(yè)企業(yè)配電及安全用電知識。讀者應(yīng)理解三相電路星形聯(lián)接、三角形聯(lián)接的特點(diǎn)，掌握簡單對稱三相電路的計算及應(yīng)用，了解工業(yè)企業(yè)配電及安全用電知識。 本章建議學(xué)時數(shù)：4學(xué)時（可在2、3章講完后增加1堂習(xí)題課）,第3章第1課,在本次課中，我們將介紹三相交流發(fā)電機(jī)的原理、三相電壓的特點(diǎn)、對稱三相電路的分析方法等。

2、,一．三相電壓的產(chǎn)生,工藝上保證定子與轉(zhuǎn)子之間磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子內(nèi)表面按正弦規(guī)律分布。在各相繞組的始端和末端間產(chǎn)生隨時間按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電壓,三相電壓由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生,,其發(fā)電原理是電磁感應(yīng)（變化的磁場產(chǎn)生變化的電場）,定子的槽中嵌有三組繞阻，每組稱為一相，分別稱為A相、B相和C相,,定 子,轉(zhuǎn)子是一個磁極，當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度ω順時針旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生變化的磁場，將在三相繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓,,繞組的始端之間或末端之間彼此相隔120°

3、;。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度ω順時針旋轉(zhuǎn)時，將在三相繞組產(chǎn)生頻率相同、幅值相同，彼此間的相位相差120°的三相電壓,定 子,轉(zhuǎn) 子,,三相電壓的時間表達(dá)式,三相電壓的相量表達(dá)式,三個頻率相同、幅值相同、彼此相位相差120°的電壓，稱為對稱三相電壓,三相電路中的電源一般都是對稱的,對稱三相電壓的相量圖及波形如圖3-1-2、圖3-1-3,,三相電壓的時間表達(dá)式,三相電壓的相量表達(dá)式,上述三相電壓到達(dá)正幅值（或相應(yīng)零值）的先后次

4、序稱為相序。,圖3-1-2示三相電壓的相序為A→B→C，稱為正序或順序。與此相反，如B相超前A相120°，C相超前B相120°，這種相序稱為負(fù)序或逆序。今后如無特殊聲明，均按正序處理 由相量式知，上面定義的三相電壓的相量和為0,二．三相繞組的星形聯(lián)接,三相電源相當(dāng)于三個獨(dú)立的正弦電源,,在實踐應(yīng)用中，三相發(fā)電機(jī)的三相繞組一般都要按某種方式聯(lián)接成一個整體后再對外供電,如果把發(fā)電機(jī)的三個定子繞組的末端聯(lián)接在一起，對外

5、形成A、B、C、N四個端，稱為星形聯(lián)接,,,星形聯(lián)接的三相電源（簡稱星形電源）的每一相電壓（火線與零線間的電壓）稱為相電壓，其有效值用UA、UB、UC表示，一般通用Up表示。,,中點(diǎn)N引出的導(dǎo)線稱為中線或零線,A、B、C三端分別向外引出三根導(dǎo)線，稱為端線，俗稱火線,相電壓的定義如式3-1-1 ，相量圖如圖3-1-2,相電壓、線電壓都是同頻率的正弦量，相量圖如圖3-1-5（MATLAB仿真分析圖）（解釋）,,相電壓的有效值用UA、UB、U

6、C表示，一般通用Up表示。相電壓的定義如式3-1-1 ，相量圖如圖3-1-2,,中點(diǎn)N引出的導(dǎo)線稱為中線或零線,A、B、C三端端線俗稱火線,,,端線A、B、C之間的電壓（火線與火線之間的電壓）稱為線電壓，其有效值用UAB、UBC、UCA表示，一般通用Ul表示。,,圖中假定相電壓有效值為220V，可下載源程序,可見，三相線電壓也是一組對稱正弦量，線電壓超前相電壓30O ，有,三．對稱Y-Y聯(lián)接三相電路,三相負(fù)載也有星形接法。星形電源常與星

7、形負(fù)載聯(lián)接（Y-Y聯(lián)接）,,,各相負(fù)載的電流稱為相電流，端線中的電流稱為線電流,若每相負(fù)載都相同，稱為對稱負(fù)載,對稱三相電源和對稱三相負(fù)載相聯(lián)接，稱為對稱三相電路,三相電源向外引出了四根導(dǎo)線，所以這種輸電方式為三相四線制,Y-Y聯(lián)接三相電路中，線電流等于相電流,,,在對稱Y-Y電路中，負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)是等電位點(diǎn)（解釋） ，各相電路相互獨(dú)立，三相電路可歸結(jié)為單相（通常為A相）的計算（例題、下一例題 ）,因為負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)是

8、等電位點(diǎn)，所以在對稱Y-Y電路中，流過中線的電流為0，如同開路（解釋），中性線在許多場合下可以不要。,這種輸電方式稱為三相三線制,,四．三相繞組的三角形聯(lián)接,如果將發(fā)電機(jī)的三個定子繞組的始端，末端順次相接再從各聯(lián)接點(diǎn)向外引出三根導(dǎo)線，稱為三角形聯(lián)接,,一般情況下，三角形聯(lián)接的三相電源電壓是對稱的，所以，回路電壓相量之和為零,,必須指出，三相電源各繞組作三角形聯(lián)接時，每相始端、末端應(yīng)聯(lián)接正確，否則三個相電壓之和不為零，在回路內(nèi)將形成很大的

9、電流而燒壞繞組,相量圖如圖3-1-7,三角形接法沒有中點(diǎn)，對外只有三個端子,顯然，三角形聯(lián)接的三相電源的線電壓、相電壓相同,,五．對稱△-△聯(lián)接三相電路,三相對稱△-△聯(lián)接三相電路如下圖,相電流可由相電壓相量求出，根據(jù)基爾霍夫電流定律的相量形式，可以寫出線電流與相電流間的關(guān)系（解釋），由此可做出電流相量圖如上（MATLAB仿真分析圖，可下載源程序）,由于每相負(fù)載直接聯(lián)接在每相電源的兩端線之間，所以三角形聯(lián)接的線電壓等于相電壓,但線電流并

10、不等于相電流,可見，線電流也是一組對稱正弦量，線電流滯后相電流30O,線電流相電流有效值關(guān)系,【例1】,六．本課的重點(diǎn) 重點(diǎn)： 三相電壓的特點(diǎn)、對稱三相電路的分析七．思考題1 思考題2,第三章第2課,在本次課中，我們將介紹三相電路的功率、三相電路的計算、發(fā)電、輸電及工業(yè)企業(yè)配電及安全用電等。,上一課內(nèi)容回顧,三相電源有星形、三角形兩種聯(lián)接方式，三相負(fù)載也存在星形、三角形兩種聯(lián)接方式，負(fù)載星形聯(lián)接的三相電路線電流等于相電流，電

11、壓相量圖如左上：,在對稱Y-Y三相電路中，負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)是等電位點(diǎn)，流過中線的電流為零，每相電路相互獨(dú)立，對稱Y-Y三相電路可歸結(jié)為單相的計算,負(fù)載三角形聯(lián)接的三相電路線電壓等于相電壓，電流相量圖如右上。,對稱△-△三相電路也可歸結(jié)為單相的計算。,一．三相電路的功率,每相不但相電壓有效值相等，相電流有效值相等，而且每相電壓與電流的相位差也相等，所以，有功功率可表示為,正弦交流電路中功率的守恒性也適用于三相交流電路,,一個三相負(fù)載吸收

12、的有功功率應(yīng)等于其各相所吸收的有功功率之和，一個三相電源發(fā)出的有功功率等于其各相所發(fā)出的有功功率之和,對稱三相電路中每組響應(yīng)都是與激勵同相序的對稱量,,,,因此，無論對稱星形接法或?qū)ΨQ三角形接法，三相電路總有功功率為,對于對稱星形接法,,,,對于對稱三角形接法,,,無功功率可表示為,,視在功率可表示為,,,二．三相電路的計算,對于對稱三相電路，可取一相來計算。 單相的計算電路圖，就是基本元件組成的串聯(lián)交流電路,,可通過幾個例題理

13、解,對于非對稱三相電路，應(yīng)對每一相單獨(dú)計算，可通過幾個例題理解,三．發(fā)電、輸電,發(fā)電廠是利用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的,,各種發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)幾乎都是三相同步發(fā)電機(jī)，它也分為定子和轉(zhuǎn)子兩個基本組成部分。定子由機(jī)座、鐵心和三相繞組等組成，常稱為電樞,一般發(fā)電廠均大多建在產(chǎn)煤地區(qū)或水力資豐富的地區(qū)附近，較為偏遠(yuǎn)。發(fā)電廠生產(chǎn)的電能要用高壓輸電線送到用電地區(qū)，然后再降壓分配各用戶,,可觀看一個典型的輸電線路圖,四．工業(yè)企業(yè)配電,一般工業(yè)企業(yè)設(shè)有中央變電所

14、和車間變電所（小規(guī)模的企業(yè)往往只有一個變電所）。中央變電所接受送來的電能，然后分配到各車間，再由車間變電所或配電箱（配電板）將電能分配給各用電設(shè)備。這便是工業(yè)企業(yè)配電問題,低壓配電線路的聯(lián)接方式主要是放射式和樹干式兩種,,樹干式配電線路如上,,放射式配電線路如右,五．安全用電,由于不慎觸及帶電體，產(chǎn)生觸電事故，將使人體受到各種不同的傷害，根據(jù)傷害性質(zhì)可分為電擊和電傷兩種,,電擊是指電流通過人體，使 內(nèi)部器官組織受到損傷。如果受害者不能迅

15、速擺脫帶電體，則最后會造成死亡事故,電傷是指在電弧作用下或熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等,人體觸電主要有以下兩種方式 接觸正常帶電體 、接觸正常不帶電體（大多數(shù)）,,為了防止接觸正常不帶電體而意外觸電，對電氣設(shè)備常采用保護(hù)接地和保護(hù)接零（接中性線）的保護(hù)裝置,,（1）保護(hù)接地,為了人身安全和電力系統(tǒng)工作的需要，要求電氣設(shè)備采取接地措施。,,將與電力系統(tǒng)的中點(diǎn)或電氣設(shè)備金屬外殼聯(lián)接的金屬導(dǎo)體埋入地中，并直接與大地接觸

16、，稱為接地。,在中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備不帶電的金屬外殼接地，稱為保護(hù)接地，具體如上圖,人體接觸不帶電金屬而觸電時，因存在保護(hù)接地，人體電阻與接地電阻并聯(lián)，而通常人體電阻遠(yuǎn)大于接地電阻，所以通過人體的電流很小，不會有危險,,若沒有實施保護(hù)接地，那么人體觸及外殼時，人體電阻與絕緣電阻串聯(lián)，故障點(diǎn)流入地的電流大小決定于這一串聯(lián)電路。當(dāng)絕緣下降時，其絕緣電阻減小，就有觸電的危險,,（2）工作接地、保護(hù)接零,出于運(yùn)行及安全的需要，常

17、將電力系統(tǒng)的中點(diǎn)接地，這種接地方式稱為工作接地。,,在中點(diǎn)接地的系統(tǒng)中，不宜采用保護(hù)接地（解釋 ），應(yīng)采用保護(hù)接零。,在低壓系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的金屬外殼接到零線（中線）上，稱為保護(hù)接零,,在三相四線制系統(tǒng)中為了確保設(shè)備外殼對地電壓為零而專設(shè)一根保護(hù)零線。工作零線在進(jìn)入建筑物入口處要接地，進(jìn)戶后再另專設(shè)一保護(hù)零線。這樣三相四線制就成為三相五線制（解釋 ）,六．本課的重點(diǎn) 重點(diǎn)： 三相電路的計算七．本章小結(jié),精品課件！,精品課件！,本