第十章 三相正弦交流电路精选文档.ppt

第十章 三相正弦交流电路本讲稿第一页，共三十七页第十章三相正弦交流电路第十章三相正弦交流电路教学重点教学重点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.掌掌握握对对称称三三相相负负载载 Y 联联结结和和 联联结结时时，负负载载线线电电压压和和相相电电压、线电流和相电流的关系。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.掌掌握握三三相相电电路路线线电电压压与与相相电电压压、线线电电流流与与相相电电流流的的相相位位关系。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。本讲稿第二页，共三十七页学时分配学时分配序号序号 内内 容容学时学时1第一节三相交流电源第一节三相交流电源22第二节三相负载的连接第二节三相负载的连接 23第三节三相电路的功率第三节三相电路的功率 14第四节安全用电第四节安全用电 5实验实验 10.1三相负载的星形联结三相负载的星形联结26实验实验 10.2三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结27本章小结本章小结18本章总学时本章总学时 10本讲稿第三页，共三十七页第十章三相正弦交流电路第十章三相正弦交流电路第一节第一节 三相交流电源三相交流电源第二节第二节 三相负载的联结三相负载的联结第三节三相电路的功率第三节三相电路的功率第四节安全用电第四节安全用电本章小结本章小结本讲稿第四页，共三十七页第一节三相交流电源第一节三相交流电源一、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、三相电源的连接本讲稿第五页，共三十七页一、三相交流电动势的产生一、三相交流电动势的产生 动画动画 M10-1 三相交流电三相交流电 1对称三相电动势对称三相电动势振振幅幅相相等等、频频率率相相同同，在在相相位位上上彼彼此此相相差差 120 的的三三个个电电动动势称为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达式为。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 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)电动势：电动势：e3=Emsin(t 120)本讲稿第六页，共三十七页显然，有显然，有 e1 e2 e3=0。波形图与相量图如图。波形图与相量图如图 10-1 所示。所示。图图 10-1对称三相电动势波形图与相量图对称三相电动势波形图与相量图 本讲稿第七页，共三十七页2相序相序三三相相电电动动势势达达到到最最大大值值(振振幅幅)的的先先后后次次序序叫叫做做相相序序。e1 比比 e2 超超前前 120 ，e2 比比e3 超超前前 120 ，而而 e3 又又比比 e1 超超前前120 ，称称这这种种相相序序称称为为正正相相序序或或顺顺相相序序；反反之之，如如果果e1比比 e3 超超前前 120 ，e3 比比 e2 超前超前 120 ，e2 比比 e1 超前超前 120，称这种相序为，称这种相序为负相序负相序或或逆相序逆相序。相相序序是是一一个个十十分分重重要要的的概概念念，为为使使电电力力系系统统能能够够安安全全可可靠靠地地运运行行，通通常常统统一一规规定定技技术术标标准准，一一般般在在配配电电盘盘上上用用黄黄色色标标出出 U 相相，用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。本讲稿第八页，共三十七页二、三相电源的连接二、三相电源的连接三相电源有星形三相电源有星形(亦称亦称 Y)接法和三角形接法和三角形(亦称亦称 ）联结两种。联结两种。1三相电源的星形三相电源的星形(Y 形形)联结联结 将将三三相相发发电电机机三三相相绕绕组组的的末末端端 U2、V2、W2(相相尾尾)连连接接在在一一点点，始始端端 U1、V1、W1(相相头头)分分别别与与负负载载相相连连，这这种种连连接接方方法法叫叫做做星星形形(Y 形形)联联结结。如如图图 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 本讲稿第九页，共三十七页从从三三相相电电源源三三个个相相头头 U1、V1、W1 引引出出的的三三根根导导线线叫叫作作端端线线或或相相线线，俗俗称称火火线线，任任意意两两个个火火线线之之间间的的电电压压叫叫做做线线电电压压。Y 公公共共连连接接点点 N 叫叫作作中中性性点点，从从中中点点引引出出的的导导线线叫叫做做中中性性线线或或零零线线。由由三三根根相相线线和和一一根根中中性性线线组组成成的的输输电电方方式式叫叫做做三三相相四四线线制制(通通常常在低压配电中采用在低压配电中采用)。每每相相绕绕组组始始端端与与末末端端之之间间的的电电压压(即即相相线线与与中中线线之之间间的的电电压压)叫叫做做相相电电压压，它它们们的的瞬瞬时时值值用用 u1、u2、u3 来来表表示示，显显然然这这三三个个相相电电压压也也是对称的。相电压大小是对称的。相电压大小(有效值有效值)均为均为U1=U2=U3=UP 本讲稿第十页，共三十七页图图 10-3相电压与线电压的相量图相电压与线电压的相量图 任任意意两两相相始始端端之之间间的的电电压压(即即火火线线与与火火线线之之间间的的电电压压)叫叫做做线线电电压压，它它们们的的瞬瞬时时值值用用 u12、u23、u31 来来表表示示。接接法法的的相相量量图图如如图图 10-3 所所示。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)均为均为线线电电压压比比相相应应的的相相电电压压超超前前 30 ，如如线线电电压压 u12 比比相相电电压压 u1 超超前前 30 ，线线电电压压 u2 3 比比相相电电压压 u2 超超前前 30 ，线线电电压压 u31 比比相相电电压压 u3 超超前前 30 。本讲稿第十一页，共三十七页2三相电源的三角形三相电源的三角形(形形)联结联结 将将三三相相发发电电机机的的第第二二绕绕组组始始端端 V1 与与第第一一绕绕组组的的末末端端 U2 相相连连、第第三三绕绕组组始始端端 W1 与与第第二二绕绕组组的的末末端端 V2 相相连连、第第一一绕绕组组始始端端 U1 与与第第三三绕绕组组的的末末端端 W2 相相连连，并并从从三三个个始始端端 U1、V1、W1 引引出出三三根根导导线线分分别别与与负负载载相相连连，这这种种连连接接方方法法叫叫做做三三角角形形(形形)联联结结。显显然然这这时时线线电电压压等于相电压，即等于相电压，即UL=UP这种没有中性线、只有三根相线的输电方式叫做这种没有中性线、只有三根相线的输电方式叫做三相三线制三相三线制。本讲稿第十二页，共三十七页特特别别需需要要注注意意的的是是，在在工工业业用用电电系系统统中中如如果果只只引引出出三三根根导导线线(三三相相三三线线制制)，那那么么就就都都是是火火线线(没没有有中中性性线线)，这这时时所所说说的的三三相相电电压压大大小小均均指指线线电电压压 UL；而而民民用用电电源源则则需需要要引引出出中中性性线线，所所说说的的电压大小均指相电压电压大小均指相电压 UP。本讲稿第十三页，共三十七页【例例10-1】已已知知发发电电机机三三相相绕绕组组产产生生的的电电动动势势大大小小均均为为 E=220 V，试试求求：(1)三三相相电电源源为为 Y 联联结结时时的的相相电电压压 UP 与与线线电电压压 UL；(2)三相电源为三相电源为 联结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 联结：相电压联结：相电压 UP=E=220 V，线电压，线电压 (2)三相电源三相电源 联结：相电压联结：相电压 UP=E=220 V，线电压，线电压UL=UP=220 V本讲稿第十四页，共三十七页第二节第二节 三相负载的联结三相负载的联结一、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、负载的三角形联结本讲稿第十五页，共三十七页一、负载的星形联结一、负载的星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 10-4三相负载的星形联结三相负载的星形联结 本讲稿第十六页，共三十七页该该接接法法有有三三根根火火线线和和一一根根零零线线，叫叫做做三三相相四四线线制制电电路路被被图图片片叠叠压压，在在这这种种电电路路中中三三相相电电源源也也是是必必须须是是 Y 联联结结，所所以以又又叫叫做做 YY 接接法法的的三三相相电电路路。显显然然不不管管负负载载是是否否对对称称(相相等等)，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 当当三三相相负负载载对对称称时时，即即各各相相负负载载完完全全相相同同，相相电电流流和和线线电电流流也也一一定定对对称称(称称为为 YY 形形对对称称三三相相电电路路)。即即各各相相电电流流(或或各各线线电电流流)振振幅幅相相等等、频频率率相相同同、相相位位彼彼此此相相差差 120，并并且且中中性性线线电电流流为为零零。所所以以中中性性线线可可以以去去掉掉，即即形形成成三三相相三三线线制制电电路路，也也就就是是说说对对于于对对称称负负载载来来说说，不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。本讲稿第十七页，共三十七页【例例10-2】在在负负载载作作 Y 联联结结的的对对称称三三相相电电路路中中，已已知知每每相相负负载载均均为为|Z|=20 ，设设线线电电压压 UL=380 V，试试求求：各各相相电电流流(也也就就是是线线电电流流)。解：解：在对称在对称 Y 负载中，相电压负载中，相电压 相电流相电流(即线电流即线电流)为为 本讲稿第十八页，共三十七页二、负载的三角形联结二、负载的三角形联结负载做负载做 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 所示。所示。图图 10-5三相负载的三角形联结三相负载的三角形联结 本讲稿第十九页，共三十七页显显然然不不管管负负载载是是否否对对称称(相相等等)，电电路路中中负负载载相相电电压压 U P 都都等等于于线电压线电压 UL，即，即U P=UL当当三三相相负负载载对对称称时时，即即各各相相负负载载完完全全相相同同，相相电电流流和和线线电电流流也一定对称。负载的相电流为也一定对称。负载的相电流为线电流线电流 I L 等于相电流等于相电流 I P 的的 倍，即倍，即本讲稿第二十页，共三十七页【例例10-3】在在对对称称三三相相电电路路中中，负负载载作作 形形联联接接，已已知知每每相相负负载均为载均为|Z|=50 ，设线电压，设线电压 UL=380 V，试求各相电流和线电流。，试求各相电流和线电流。解解：在在 联联结结负负载载中中，相相电电压压等等于于线线电电压压，即即 U P=UL，则相电流，则相电流线电流线电流 本讲稿第二十一页，共三十七页【例例 10-4】三三相相发发电电机机是是星星联联结结，负负载载也也是是星星形形联联结结，发发电电机机的的相相电电压压 Up=1000 V，每每相相负负载载电电阻阻均均为为 R=50 k，XL=25 k。试试求：求：(1)相电流；相电流；(2)线电流；线电流；(3)线电压。线电压。解：解：(1)相电流相电流(2)线电流线电流IL=IP=17.9 mA(3)线电压线电压本讲稿第二十二页，共三十七页第三节三相电路的功率第三节三相电路的功率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 P3在在对对称称三三相相电电路路中中，无无论论负负载载是是星星形形联联结结还还是是三三角角形形联联结结，由由于于各各相相负负载载相相同同、各各相相电电压压大大小小相相等等、各各相相电电流流也也相相等等，所所以以三相功率为三相功率为其其中中 为为对对称称负负载载的的阻阻抗抗角角，也也是是负负载载相相电电压压与与相相电电流流之之间间的的相相位差。位差。三相电路的功率因数为三相电路的功率因数为 本讲稿第二十三页，共三十七页【例例 10-5】有有一一对对称称三三相相负负载载，每每相相电电阻阻为为 R=6 ，电电抗抗 X=8 ，三三相相电电源源的的线线电电压压为为 UL=380 V。求求：(1)负负载载做做星星形形联联结结时时的的功率功率 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 功率因数功率因数 本讲稿第二十四页，共三十七页(1)负载做星形联结时：负载做星形联结时：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)负载做三角形联结时：负载做三角形联结时：本讲稿第二十五页，共三十七页第四节安全用电第四节安全用电一、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、常用的安全措施本讲稿第二十六页，共三十七页一、电流对人体的作用一、电流对人体的作用人人体体因因触触及及高高电电压压的的带带电电体体而而承承受受过过大大的的电电流流，以以致致引引起起死死亡亡或或局局部部受受伤伤的的现现象象称称为为触触电电。触触电电对对人人体体的的伤伤害害程程度度，与与流流过过人人体体电电流流的的频频率率、大大小小、通通电电时时间间的的长长短短、电电流流流流过过人人体体的的途途径径、以以及及触触电电者者本本人人的情况有关。的情况有关。触触电电事事故故表表明明，频频率率为为 50 100 Hz 的的电电流流最最危危险险，通通过过人人体体的的电电流流超超过过 50 mA(工工频频)时时，就就会会产产生生呼呼吸吸困困难难、肌肌肉肉痉痉挛挛、中中枢枢神神经经遭遭受受损损害害从从而而使使心心脏脏停停止止跳跳动动以以至至死死亡亡；电电流流流流过过大大脑脑或或心脏时，最容易造成死亡事故。心脏时，最容易造成死亡事故。本讲稿第二十七页，共三十七页触触电电伤伤人人的的主主要要因因素素是是电电流流，但但电电流流值值又又决决定定于于作作用用到到人人体体上上的的电电压和人体的电阻值。压和人体的电阻值。通通常常人人体体的的电电阻阻为为 800 至至几几万万欧欧不不等等。通通常常规规定定 36 V 以以下下的电压为的电压为安全电压安全电压，对人体安全不构成威胁。，对人体安全不构成威胁。常常见见的的触触电电方方式式有有单单相相触触电电和和两两相相触触电电。人人体体同同时时接接触触两两根根相相线，形成两相触电，这时人体受线，形成两相触电，这时人体受 380 V 的线电压作用，最为危险。的线电压作用，最为危险。单单相相触触电电是是人人体体在在地地面面上上，而而触触及及一一根根相相线线，电电流流通通过过人人体体流流入入大大地地造造成成触触电电。此此外外，某某些些电电气气设设备备由由于于导导电电绝绝缘缘破破损损而而漏漏电电时时，人体触及外壳也会发生触电事故。人体触及外壳也会发生触电事故。本讲稿第二十八页，共三十七页二、常用的安全措施二、常用的安全措施为为防防止止发发生生触触电电事事故故，除除应应注注意意开开关关必必须须安安装装在在火火线线上上以以及及合合理理选选择择导线与熔丝外，还必须采取以下防护措施。导线与熔丝外，还必须采取以下防护措施。(1)正正确确安安装装用用电电设设备备 电电气气设设备备要要根根据据说说明明和和要要求求正正确确安安装装，不不可可马马虎虎。带带电电部部分分必必须须有有防防护护罩罩或或放放到到不不易易接接触触到到的的高高处处，以以防防触电。触电。(2)电电气气设设备备的的保保护护接接地地 把把电电气气设设备备的的金金属属外外壳壳用用导导线线和和埋埋在在地地中中的的接接地地装装置置连连接接起起来来，叫叫做做保保护护接接地地，适适用用于于中中性性点点不不接接地地的的低低压压系系统统中中。电电气气设设备备采采用用保保护护接接地地以以后后，即即使使外外壳壳因因绝绝缘缘不不好好而而带带电电，这这时时工工作作人人员员碰碰到到机机壳壳就就相相当当于于人人体体和和接接地地电电阻阻并并联联，而而人人体体的的电电阻阻远远比比接接地地电电阻阻大大，因因此此，流流过过人人体体的的电电流流就就很很微微小小，保保证证了人身安全。了人身安全。本讲稿第二十九页，共三十七页(3)电电气气设设备备的的保保护护接接零零 保保护护接接零零就就是是在在电电源源中中性性点点接接地地的的三三相相四四线线制制中中，把把电电气气设设备备的的金金属属外外壳壳与与中中性性线线连连接接起起来来。这这时时，如如果果电电气气设设备备的的绝绝缘缘损损坏坏而而碰碰壳壳，由由于于中中性性线线的的电电阻阻很很小小，所所以以，短短路路电电流流很很大大，立立即即使使电电路路中中的的熔熔丝丝烧烧断断，切切断断电电源源，从从而而消消除除触电危险触电危险。(4)使使用用漏漏电电保保护护装装置置 漏漏电电保保护护装装置置的的作作用用主主要要是是防防止止由由漏漏电电引引起起的的触触电电事事故故和和单单相相触触电电事事故故；其其次次是是防防止止由由漏漏电电引引起起火火灾灾事事故故以以及及监监视视或或切切除除一一相相接接地地故故障障。有有的的漏漏电电保保护护装装置置还还能能切切除除三三相相电动机的断相运行故障。电动机的断相运行故障。本讲稿第三十页，共三十七页本章小结本章小结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、安全用电本讲稿第三十一页，共三十七页最最大大值值相相等等、频频率率相相同同，在在相相位位上上彼彼此此相相差差 120 的的三三个个电电动动势势称称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 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)电动势：电动势：e3=Emsin(t 120)三三相相电电源源中中的的绕绕组组有有星星形形(亦亦称称 Y)联联结结和和三三角角形形(亦亦称称)联联结结两两种。种。一、三相电源一、三相电源本讲稿第三十二页，共三十七页1.三相负载的三相负载的 Y 联结联结 在在三三相相四四线线制制电电路路，线线电电压压 UL 是是负负载载相相电电压压 UYP 的的 倍倍，即即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 当当三三相相负负载载对对称称时时，即即各各相相电电流流(或或各各线线电电流流)最最大大值值相相等等、频频率率相相同同、相相位位彼彼此此相相差差 120 ，并并且且中中线线电电流流为为零零。所所以以中中线线可可以以去去掉，即形成三相三线制电路。掉，即形成三相三线制电路。二、三相负载二、三相负载本讲稿第三十三页，共三十七页2三相负载的三相负载的 联结联结 负负载载做做 联联结结时时只只能能形形成成三三相相三三线线制制电电路路。显显然然不不管管负负载载是是否对称否对称(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 当当三三相相负负载载对对称称时时，相相电电流流和和线线电电流流也也一一定定对对称称。负负载载的的相相电电流为流为 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 I L=I P本讲稿第三十四页，共三十七页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 P3在在对对称称三三相相电电路路中中，无无论论负负载载是是星星形形联联结结还还是是三三角角形形联联结结，由由于于各各相相负负载载相相同同、各各相相电电压压大大小小相相等等、各各相相电电流流也也相相等等，所所以三相功率为以三相功率为其其中中 为为对对称称负负载载的的阻阻抗抗角角，也也是是负负载载相相电电压压与与相相电电流流之之间的相位差。间的相位差。三、三相功率三、三相功率本讲稿第三十五页，共三十七页1触电方式触电方式 人人体体因因触触及及高高电电压压的的带带电电体体而而承承受受过过大大的的电电流流，以以致致引引起起死死亡亡或或局局部部受受伤伤的的现现象象称称为为触触电电。触触电电对对人人体体的的伤伤害害程程度度，与与流流过过人人体体电电流流的的频频率率、大大小小、通通电电时时间间的的长长短短、电电流流流流过过人人体体的的途途径径、以以及及触触电电者者本本人人的的情情况况有有关。通常规定关。通常规定 36 V 以下的电压为以下的电压为安全电压安全电压。常常见见的的触触电电方方式式有有单单相相触触电电和和两两相相触触电电。人人体体同同时时接接触触两两根根相相线线，形形成成两两相相触触电电，这这时时人人体体受受 380 V 的的线线电电压压作作用用，最最为为危危险险。单单相相触触电电是是人人体体在在地地面面上上，而而触触及及一一根根相相线线，电电流流通通过过人人体体流流入入大大地地造造成成触触电电。此此外外，某某些些电电气气设设备备由由于于导导电电绝绝缘缘破破损损而而漏漏电电时时，人人体体触触及及外外壳壳也也会会发发生生触触电电事事故。故。四、安全用电四、安全用电本讲稿第三十六页，共三十七页2安全措施安全措施 为为防防止止发发生生触触电电事事故故，除除应应注注意意开开关关必必须须安安装装在在火火线线上上以以及及合合理理选选择择导导线线与与熔熔丝丝外外，还还必必须须采采取取必必要要的的防防护护措措施施，例例如如正正确确安安装装用用电电设设备备、对对电电气气设设备备做做保保护护接接地地、保保护护接接零零、使使用用漏电保护装置等。漏电保护装置等。本讲稿第三十七页，共三十七页