三相电路及其应用精.ppt

三相电路及其应用第1页，本讲稿共25页第第3章章三相电路及其应用三相电路及其应用本章从三相电压的特点出发，介绍三相电源本章从三相电压的特点出发，介绍三相电源的星形、三角形联接；介绍了对称三相电路的星形、三角形联接；介绍了对称三相电路的构成及分析方法；最后介绍了工业企业配的构成及分析方法；最后介绍了工业企业配电及安全用电知识。读者应理解三相电路星电及安全用电知识。读者应理解三相电路星形联接、三角形联接的特点，掌握简单对称形联接、三角形联接的特点，掌握简单对称三相电路的计算及应用，了解工业企业配电三相电路的计算及应用，了解工业企业配电及安全用电知识。及安全用电知识。本章建议学时数：本章建议学时数：4学时（可在学时（可在2、3章讲完章讲完后增加后增加1堂习题课）堂习题课）第2页，本讲稿共25页第第3章第章第1课课在本次课中，在本次课中，我们将介绍三相交流发电机的介绍三相交流发电机的原理、三相电压原理、三相电压的特点、对称三相电路的分析方法等。第3页，本讲稿共25页一三相电压的产生一三相电压的产生工艺上保证定子与转子之间磁感应强工艺上保证定子与转子之间磁感应强度沿定子内表面按正弦规律分布。在度沿定子内表面按正弦规律分布。在各相绕组的始端和末端间产生随时间各相绕组的始端和末端间产生随时间按正弦规律变化的感应电压按正弦规律变化的感应电压三相电压由三相交三相电压由三相交流发电机流发电机产生其发电原理是电磁感应其发电原理是电磁感应（变化的磁场产生变化的（变化的磁场产生变化的电场）电场）定子的槽定子的槽中嵌有三中嵌有三组组绕绕阻，每阻，每组组称称为为一相，一相，分分别别称称为为A相、相、B相和相和C相相定定子子转子是一个磁极，当转子转子是一个磁极，当转子以角速度以角速度顺时针旋转时，产顺时针旋转时，产生变化的磁场，将在三相绕组生变化的磁场，将在三相绕组产生感应电压产生感应电压第4页，本讲稿共25页绕组绕组的始端之的始端之间间或末端之或末端之间间彼此相隔彼此相隔120。当。当转子以角速度转子以角速度顺时针旋转时，顺时针旋转时，将在三相绕组产生频率相同、幅值相同，将在三相绕组产生频率相同、幅值相同，彼此间的相位相差彼此间的相位相差120的三相电压的三相电压定定子子转转子子三相电压三相电压的时间表达的时间表达式式三相电压三相电压的相量表的相量表达式达式三个频率相同、幅值相三个频率相同、幅值相同、彼此相位相差同、彼此相位相差120的的电压，称为电压，称为对称三相电对称三相电压压 三相电路中的电源一般都是对称的三相电路中的电源一般都是对称的第5页，本讲稿共25页对称三相电压的相量图及波形对称三相电压的相量图及波形如如图图3-1-2、图图3-1-3 三相电压三相电压的时间表的时间表达式达式三相电压的相三相电压的相量表达式量表达式上述三相电压到达正幅值（或相应零值）的先后次序称为上述三相电压到达正幅值（或相应零值）的先后次序称为相相序序。图图3-1-2示三相电压的相序为示三相电压的相序为ABC，称为，称为正序或顺序正序或顺序。与此相反，。与此相反，如如B相超前相超前A相相120，C相超前相超前B相相120，这种相序称为，这种相序称为负序或逆序负序或逆序。今后如无特殊声明，均按正序处理今后如无特殊声明，均按正序处理由相量式知，上面定义的三相电压的相量和为由相量式知，上面定义的三相电压的相量和为0第6页，本讲稿共25页二三相绕组的星形联接二三相绕组的星形联接三相电源相当于三个三相电源相当于三个独立的正弦电源独立的正弦电源 在实践应用中，三相发电机在实践应用中，三相发电机的三相绕组一般都要按某种的三相绕组一般都要按某种方式方式联接成一个整体联接成一个整体后再对后再对外供电外供电如果把如果把发电发电机的三个定机的三个定子子绕组绕组的末的末端端联联接在一接在一起，起，对对外形外形成成A、B、C、N四个端，称四个端，称为为星形联接星形联接星形星形联联接的三相接的三相电电源（源（简简称星形称星形电电源）的每一相源）的每一相电压电压（火线与零线间的电压火线与零线间的电压）称）称为为相相电压电压，其有效其有效值值用用UA、UB、UC表示，一般通用表示，一般通用Up表示。表示。中点中点N引出的导线称为引出的导线称为中线或零线中线或零线A、B、C三端分别向外引出三根三端分别向外引出三根导线，称为端线，俗称导线，称为端线，俗称火线火线相电压的定义如相电压的定义如式式3-1-1，相量图如，相量图如图图3-1-2第7页，本讲稿共25页相相电压电压、线电压线电压都是同都是同频频率率的正弦量，相量的正弦量，相量图图如如图图3-1-5（MATLAB仿真分仿真分析析图图）（）（解解释释）相相电压电压的的有效有效值值用用UA、UB、UC表示，一般通用表示，一般通用Up表示。表示。相电压的定义如式相电压的定义如式3-1-1，相量图如，相量图如图图3-1-2中点中点N引出的导线称为引出的导线称为中线或零线中线或零线A、B、C三三端端端端线俗线俗称称火火线线端端线线A、B、C之之间间的的电压电压（火线与火火线与火线之间的电压线之间的电压）称）称为为线电压线电压，其有效其有效值值用用UAB、UBC、UCA表示，一般通用表示，一般通用Ul表示。表示。图中假定相电压有效值为图中假定相电压有效值为220V，可，可下载源程序下载源程序 可见，三相线电压也是一组对称正弦量，可见，三相线电压也是一组对称正弦量，线电压超前相电压线电压超前相电压30O，有，有第8页，本讲稿共25页三对称三对称Y-Y联接三相电路联接三相电路三相负载也有星形三相负载也有星形接法。星形电源常接法。星形电源常与星形负载联接（与星形负载联接（Y-Y联接）联接）各相负载的电流称为各相负载的电流称为相电流相电流，端线中的电流称，端线中的电流称为为线电流线电流若每相负载都相同，称为若每相负载都相同，称为对对称负载称负载对称三相电源和对称三相对称三相电源和对称三相负载相联接，称为负载相联接，称为对称三对称三相电路相电路三相电源向外引三相电源向外引出了四根导线，出了四根导线，所以这种输电方所以这种输电方式为式为三相四线制三相四线制 Y-Y Y-Y联接三相电路中，联接三相电路中，线电流等于相电线电流等于相电流流第9页，本讲稿共25页 在对称在对称Y-YY-Y电路中，负载电路中，负载中点与电源中中点与电源中点是等电位点点是等电位点（解释解释），各相电路相互各相电路相互独立，三相电独立，三相电路可归结为单路可归结为单相（通常为相（通常为A A相）的计算相）的计算（例题例题、下一下一例题例题）因为负载中点与电源中点是等电位点，所以在因为负载中点与电源中点是等电位点，所以在对称对称Y-YY-Y电路中，流过中线的电流为电路中，流过中线的电流为0 0，如同开，如同开路（路（解释解释），中性线在许多场合下可以不要。），中性线在许多场合下可以不要。这种输电方式称为这种输电方式称为三相三线制三相三线制第10页，本讲稿共25页四三相绕组的三角形联接四三相绕组的三角形联接如果将发电机的三个定如果将发电机的三个定子绕组的始端，末端顺子绕组的始端，末端顺次相接再从各联接点向次相接再从各联接点向外引出三根导线，称为外引出三根导线，称为三角形联接三角形联接一般情况下，一般情况下，三角形联接的三角形联接的三相电源电压三相电源电压是对称的，所是对称的，所以，回路电压以，回路电压相量之和为零相量之和为零 必必须须指出，三相指出，三相电电源各源各绕组绕组作三角形作三角形联联接接时时，每相始端、末端，每相始端、末端应应联联接正确，否接正确，否则则三个相三个相电压电压之和不之和不为为零，在回路内将形成很大的零，在回路内将形成很大的电电流而流而烧烧坏坏绕组绕组相量图如相量图如图图3-1-7三角形接法没有中点，对三角形接法没有中点，对外只有三个端子外只有三个端子显然，三角形联接的三相电源的显然，三角形联接的三相电源的线线电压、相电压相同电压、相电压相同第11页，本讲稿共25页五对称五对称-联接三相电路联接三相电路三相对称三相对称-联接三相电路如下联接三相电路如下图图 相电流可由相电流可由相电压相量相电压相量求出，根据基尔霍夫电流求出，根据基尔霍夫电流定律的相量形式，可以写出线电流与相电流间的关定律的相量形式，可以写出线电流与相电流间的关系（系（解释解释），由此可做出电流相量图如上），由此可做出电流相量图如上（MATLAB仿真分析图，可仿真分析图，可下载源程序下载源程序）由于每相负载直接联接在由于每相负载直接联接在每相电源的两端线之间，所每相电源的两端线之间，所以三角形联接的以三角形联接的线电压等于线电压等于相电压相电压但线电流但线电流并不等于并不等于相电流相电流可见，线电可见，线电流也是一组流也是一组对称正弦量，对称正弦量，线电流滞后线电流滞后相电流相电流30O线电流相电流有效线电流相电流有效值关系值关系【例例1】第12页，本讲稿共25页六本课的重点六本课的重点 重点：三相电压的特点、对称三相电路的分析三相电压的特点、对称三相电路的分析七七思考题思考题1思考题思考题2第13页，本讲稿共25页第三章第第三章第2课课在本次课中，在本次课中，我们将介绍三相电路的功率、介绍三相电路的功率、三相电路的计算、发电、输电及工业企业配电及安全用电等。第14页，本讲稿共25页上一课内容回顾上一课内容回顾 三相电源有三相电源有星形星形、三角形三角形两种联接方式，三相负载也存在星形、三角形两两种联接方式，三相负载也存在星形、三角形两种联接方式，负载星形联接的三相电路线电流等于相电流，电压相量图如左上：种联接方式，负载星形联接的三相电路线电流等于相电流，电压相量图如左上：在对称在对称Y-Y三相电路中，负载中点与三相电路中，负载中点与电源中点是等电位点，流过中线的电源中点是等电位点，流过中线的电流为零，每相电路相互独立，对电流为零，每相电路相互独立，对称称Y-Y三相电路可归结为单相的计算三相电路可归结为单相的计算负载三角形联接的三相电路线电压等于相电压，电流相量图负载三角形联接的三相电路线电压等于相电压，电流相量图如右上。如右上。对称对称-三相电路也可归结为单相的计算。三相电路也可归结为单相的计算。第15页，本讲稿共25页一三相电路的功率一三相电路的功率每相不但相电压有效值相每相不但相电压有效值相等，相电流有效值相等，而等，相电流有效值相等，而且每相电压与电流的相位差且每相电压与电流的相位差也相等，所以，也相等，所以，有功功率有功功率可可表示为表示为 正弦交流电路中功率正弦交流电路中功率的守恒性也适用于三相的守恒性也适用于三相交流电路交流电路一个三相负载吸收的一个三相负载吸收的有功功率应等于其各有功功率应等于其各相所吸收的有功功率相所吸收的有功功率之和，一个三相电源之和，一个三相电源发出的有功功率等于发出的有功功率等于其各相所发出的有功其各相所发出的有功功率之和功率之和对对称三相称三相电电路中每路中每组组响响应应都都是与激励同相序的是与激励同相序的对对称量称量第16页，本讲稿共25页因此，无论对称星形接法或对因此，无论对称星形接法或对称三角形接法，三相电路称三角形接法，三相电路总有总有功功率功功率为为 对于对称星形接法对于对称星形接法对于对称三角形接法对于对称三角形接法无功功率无功功率可表示为可表示为 视在功率视在功率可可表示表示为为 第17页，本讲稿共25页二三相电路的计算二三相电路的计算 对于对称三相电路，可取一相来计算。对于对称三相电路，可取一相来计算。单相的计算电路图，就是基本元件组成的串联交单相的计算电路图，就是基本元件组成的串联交流电路流电路可通过可通过几个例题几个例题理解理解对于非对称三相电路，应对每一相单独计算，可通过对于非对称三相电路，应对每一相单独计算，可通过几几个例题个例题理解理解第18页，本讲稿共25页三发电、输电三发电、输电发电厂是利用发电发电厂是利用发电机产生电能的机产生电能的各种发电厂中的发电机几乎都各种发电厂中的发电机几乎都是三相同步发电机，它也分为是三相同步发电机，它也分为定子和转子两个基本组成部分。定子和转子两个基本组成部分。定子由机座、铁心和三相绕组定子由机座、铁心和三相绕组等组成，常称为等组成，常称为电枢电枢一般一般发电发电厂均大多建在厂均大多建在产产煤地区或水煤地区或水力力资资丰富的地区附近，丰富的地区附近，较为较为偏偏远远。发电发电厂生厂生产产的的电电能要用高能要用高压输电线压输电线送到用送到用电电地区，然后再降地区，然后再降压压分配各用分配各用户户可观看可观看一个典型的输电线一个典型的输电线路图路图 第19页，本讲稿共25页四工业企业配电四工业企业配电一般工业企业设有中央变电所和车间变电所（小规模的企业一般工业企业设有中央变电所和车间变电所（小规模的企业往往只有一个变电所）。中央变电所接受送来的电能，然后往往只有一个变电所）。中央变电所接受送来的电能，然后分配到各车间，再由车间变电所或配电箱（配电板）将电能分配到各车间，再由车间变电所或配电箱（配电板）将电能分配给各用电设备。这便是工业企业配电问题分配给各用电设备。这便是工业企业配电问题低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干式两种低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干式两种 树干式配电线路如上树干式配电线路如上放射式配电线路如右放射式配电线路如右第20页，本讲稿共25页五安全用电五安全用电由于不慎触及带电体，产生由于不慎触及带电体，产生触电事故，将使人体受到各触电事故，将使人体受到各种不同的伤害，根据伤害性种不同的伤害，根据伤害性质可分为质可分为电击电击和和电伤电伤两种两种电击电击是指电流通过人体，是指电流通过人体，使使内部器官组织受到损伤。内部器官组织受到损伤。如果受害者不能迅速摆脱如果受害者不能迅速摆脱带电体，则最后会造成死带电体，则最后会造成死亡事故亡事故电伤电伤是指在是指在电电弧作用下或熔断弧作用下或熔断时时，对对人体外部的人体外部的伤伤害，如害，如烧伤烧伤、金属、金属溅伤溅伤等等人体触电主要有以下两种方式人体触电主要有以下两种方式接触正常带电体接触正常带电体、接触正常不带电体（、接触正常不带电体（大多数大多数）为了防止为了防止接触正常不带电体而意外接触正常不带电体而意外触电，对电气设备常采触电，对电气设备常采用用保护接地保护接地和和保护接零保护接零（接中性线）的保护装置（接中性线）的保护装置第21页，本讲稿共25页（1）保护接地）保护接地为了人身安全和电力系统工为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取作的需要，要求电气设备采取接地接地措施。措施。将与电力系统的中点或电气设备将与电力系统的中点或电气设备金属外壳联接的金属导体埋入地金属外壳联接的金属导体埋入地中，并直接与大地接触，称为中，并直接与大地接触，称为接接地地。在中性点不接地的低在中性点不接地的低压压系系统统中，将中，将电电气气设备设备不不带电带电的的金属外壳接地，称金属外壳接地，称为为保保护护接地接地，具体如上，具体如上图图人体接触不带电金属而触电时，因存在保护接地，人体电阻与接地电人体接触不带电金属而触电时，因存在保护接地，人体电阻与接地电阻并联，而通常人体电阻远大于接地电阻，所以通过人体的电流很小，阻并联，而通常人体电阻远大于接地电阻，所以通过人体的电流很小，不会有危险不会有危险若没有实施保护接地，那么人体触及外壳时，人体电阻与绝缘电若没有实施保护接地，那么人体触及外壳时，人体电阻与绝缘电阻串联，故障点流入地的电流大小决定于这一串联电路。当绝缘下阻串联，故障点流入地的电流大小决定于这一串联电路。当绝缘下降时，其绝缘电阻减小，就有触电的危险降时，其绝缘电阻减小，就有触电的危险第22页，本讲稿共25页（2）工作接地、保护接零）工作接地、保护接零出于运行及安全的需要，出于运行及安全的需要，常将电力系统的中点接地，常将电力系统的中点接地，这种接地方式称为这种接地方式称为工作工作接地接地。在中点接地的系统中，不宜采用保护接地（在中点接地的系统中，不宜采用保护接地（解释解释），），应采用应采用保护接零保护接零。在低压系统中，将电气设备的金属外壳接到零线（中线）上，在低压系统中，将电气设备的金属外壳接到零线（中线）上，称为称为保护接零保护接零在三相四线制系统中为了确保设备外壳对地电压为零而专设一根保在三相四线制系统中为了确保设备外壳对地电压为零而专设一根保护零线。工作零线在进入建筑物入口处要接地，进户后再另专设一保护零线。工作零线在进入建筑物入口处要接地，进户后再另专设一保护零线。这样三相四线制就成为三相五线制护零线。这样三相四线制就成为三相五线制（解释解释）第23页，本讲稿共25页六本课的重点六本课的重点 重点：三相电路的计算三相电路的计算七七本章小结本章小结第24页，本讲稿共25页本章结束本章结束第25页，本讲稿共25页