第4章三相交流電路-江西信息應用職業(yè)技術(shù)學院

1、項目四 三相交流電路,（時間：4次課，8學時）,三相正弦交流電源在生產(chǎn)中應用極為廣泛，不僅應用在三相電路中，而且也可以應用在單相電路中，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用，就在于有許多優(yōu)點：在輸送相同功率的情況下，三相交流發(fā)電機、變壓器、電動機較單相設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低廉、性能好、工作可靠等優(yōu)點；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、三相負載和三相輸電線路3部分組成。,項目四 三相交流電路,任務一 三相正弦交流電源任務二 三相電路的計算任務三 三相電路的功率任務四 安全用電常識,任務一 三相正弦交流電源,4.1.1 三相正弦交流電動勢的產(chǎn)生 4.1.2 三相電源的連接,4.1.1 三相正弦交流電動勢的產(chǎn)生,1. 對稱三相電動勢的產(chǎn)生三相正弦交流電動勢是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的。

3、三相交流發(fā)電機主要是由定子和轉(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、在空間彼此相隔機械角的3個繞組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個繞組的始端(或首端)； X、Y、Z分別是3個繞組的末端(或尾端)。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有勵磁繞組(用直流勵磁)，當勵磁繞組中通以直流電，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場。選擇合適的磁極表面形狀和勵磁繞組的布置情況，定子與轉(zhuǎn)

4、子間的氣隙中的磁感應強度將按正弦規(guī)律分布。,對稱三相電動勢：振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120?的3個電動勢。 三相電動勢瞬時值的數(shù)學表達式為用相量表示為,,,對稱三相電動勢的波形圖與相量圖如圖4.1所示。 圖4.1 對稱三相電動勢的波形圖和相量圖顯然，3個電動勢的瞬時值或相量值之和等于零，即,,2. 相序 3個電動勢在相位上除了依次相差之外，在時間上還

5、存在先后次序關(guān)系，即所謂的相序。三相電動勢達到正的最大值(或相應零值)的先后次序叫做三相電動勢的相序。（1）正序或順序：eA超前eB 120?，eB超前eC 120?，而eC又超前eA 120?，則相序為A—B—C—A；（2）負序或逆序：eA超前eC 120?，eC超前eB 120?，而eB 又超前eA 120?，則相序為A—C—B—A。 如無特別說明，三相電動勢均采用正相序。在電力系統(tǒng)中，相序是一個十分重要的

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)電機的3個繞組并不是單獨供電的，而是按照一定方式連接起來，形成一個整體，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N：將三相交流發(fā)電機三個繞組的末端X、Y、

7、Z連接在一點，成為一個公共點。從中點N引出的導線稱為中線，當中點接地時，又叫零線。始端A、B、C分別與負載相連，從始端A、B、C引出的三根導線稱為端線(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，當三相電源對稱時，設(shè)A相電壓初相為零，則有 所以由上式可以得到,,,,,可見

9、，對稱三相星形連接電源的3個線電壓和3個相電壓一樣也是對稱的。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)能給負載提供兩種電壓。線電壓比相應的相電壓超前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)電機的3個繞組的始、末端依次連接成一個回路，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個連接點，沒有中點，不能引出中線，從這3個連接點處引出3根導線就是火線，分別與負載相連，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 對稱三角形電源的相量圖,當三相電源做三角形連接時，回路中的電壓代數(shù)和為零，即需要注意的是，必須嚴格按照始、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，因為每一相繞組的內(nèi)阻抗都不大，將會在內(nèi)部形成很大的環(huán)流，有燒壞繞阻的危險。為避免這種錯誤

12、，可以在接線時，先保留最后兩個端子，將伏特表接入這兩個端子，如果讀數(shù)為零，則表明接法正確，然后將最后兩個端子接上即可。,,任務二 三相電路的計算,4.2.1 負載星形連接三相電路的計算4.2.2 負載三角形連接三相電路的計算,4.2.1 負載星形連接三相電路的計算,1. 負載的星形連接 如圖4.6所示的是三相負載的星形連接。這種連接有3根火線和1根零線，是三相四線制電路，因為在這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 負載星形連接的三相四線制電路,2. 負載星形連接三相電路的計算 從圖4.6可以看出，不管負載是否對稱(相等)，每相負載的電壓均為電源的相電壓。每相負載的電流稱為相電流，等于線電流。 當三相負載為對稱三相負載時，也就是說各相負載的阻抗具有相同的參數(shù)，即電阻相等、電抗相等時，由于電源電壓

14、的對稱性，所以負載的相電流(或線電流)也一定對稱，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 負載星形連接的三相三線制電路,例4-1 如圖4.6所示的對稱三相電路中，負載作Ｙ形連接

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

16、 負載三角形連接三相電路的計算,1. 負載的三角形連接 如圖4.8所示的是負載的三角形連接。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 負載三角形連接的三相電路,2. 負載三角形連接三相電路的計算

17、 從圖4.8可以看出，不管負載是否對稱，每相負載的電壓均為電源的線電壓，每相負載的電流稱為相電流。當三相負載為對稱三相負載時，同前面星形連接的對稱三相負載一樣，由于電源電壓的對稱性，所以負載的相電流(或線電流)也一定對稱，即,,,則 可見，當三相負載為對稱三相負載時，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所示的對稱三相電路中，負載作 △形連接，已知每相負載阻抗均為|Z|= 20 ?，設(shè)電源相電壓為220V，試求各相負載的相電流和線電流的大小。解：在負載做三角形連接的電路中，每相負載上的 相電壓等于電源的線電壓，即則相電流線電流,,,任務三 三相電路的功率,不論負載做星形連接

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

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

21、恰好等于有功功率P，習慣上稱這種性質(zhì)為“瞬時功率平衡”，這說明三相電動機的轉(zhuǎn)矩是恒定的，從而可以保證電機的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。這是對稱三相電路的一個重要優(yōu)點。,例4-3 有一臺三相電動機，每相繞組的等效阻抗為Z=16+j12?，對稱三相電源的線電壓為Ul = 380V。試求：(1)當電動機做星形連接時的有功功率；(2)當電動機做三角形連接時的有功功率。 解：由Z=16+j12 ? 得

22、 (1)當電動機做星形連接時：,,,,(2)當電動機做三角形連接時： 比較(1)和(2)的計算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，電動機做不同連接時所消耗的功率是不同的，做三角形連接時消耗的功率等于做星形連接時消耗功率的3倍。在本題中，電源電壓為線電壓，電動機做星形連接時消耗的功率較小，所以當電源電壓為線電壓時，電動機應做星形連接；而當電源電壓為相電壓時，電動機應做三角形連接。,,任務四 安全用電常識,4.4.1 電流對人體

23、的作用 4.4.2 觸電方式4.4.3 保護接地和接零4.4.4 靜電防護和電氣防爆,4.4.1 電流對人體的作用,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 。觸電對人體的傷害程度，與流過人體電流的種類、頻率、大小、通電時間的長短、電流流過人體的途徑，以及觸電者本身的情況有關(guān)。通常交流電的危險性大于直流電，因為交流電流主要是麻痹破壞神經(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。而當頻率高于2000Hz時，交流電由于趨膚效應，危險性將減小。此外，電流流經(jīng)人體的大腦或心臟時，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電流在0.5~5mA時，人就會有痛感，但尚可忍受，能夠自主擺脫；當電流大于5mA時，人體將發(fā)生痙攣，難以忍受；當電流超過50mA時，人體就會產(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?至幾萬歐不等。因此，通常規(guī)定36V以下的電壓為安全電壓，對人體安全不構(gòu)成威脅。但在特別潮濕，有腐蝕性氣體的危險場地(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)人手進入人體，再經(jīng)另一只手回到另一根火線，形成回路，這時人體承受380V的線電壓

26、作用，最為危險。當人體站在地面上，一只手觸及一根相線，則形成單相觸電，電流從火線經(jīng)人手進入人體，再從腳經(jīng)大地和電源的接地裝置回到電源中點，這時人體承受220V的相電壓，也很危險。事實上，觸電死亡事故中，大部分是單相觸電。此外，當某些電氣設(shè)備由于導電絕緣破損而漏電時，人體觸及外殼也會發(fā)生觸電事故。,4.4.3 保護接地和接零,1. 電氣設(shè)備的保護接地 把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導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，在中性點不接地的低壓系統(tǒng)中需采用保護接地。電氣設(shè)備采用保護接地以后，即使外殼因絕緣不好而帶電，這時工作人員碰到機殼就相當于人體和接地電阻并聯(lián)，而人體的電阻遠比接地電阻大，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)備的保護接零 保護接零就是在電源中性點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線與電

28、源的中性線可靠地連接起來，所以又稱保護接中線。這時，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。,4.4.4 靜電防護和電氣防爆,1. 靜電防護 靜電產(chǎn)生于很多情況，比如皮帶運輸機運行時，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、電感應原理還會對附近的導體在近端感應出異性電荷，而在遠端產(chǎn)生同性電荷，并能在導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、儲存和運輸?shù)仍O(shè)備及管道的金屬體統(tǒng)統(tǒng)用導線連接起來并接地，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)?；蛴捎诓牧侠匣瑵B入雜質(zhì)，因而失去絕緣性能使得可能引起火花、電?。换蛴捎谶^載、短路的保護電器失靈使得電器設(shè)備過熱；或由于絕緣導線端子螺絲松動，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。電烙鐵、電爐等電熱器使用不當、用完忘記斷電也可引起火災。因此，用電時應嚴格遵守安全操作規(guī)程，經(jīng)常檢查電氣設(shè)備運行情況(