电工学第4章供电与用电.ppt
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1、电工技术电工技术第第 4 章章 供电与用电供电与用电4.1 三相电源三相电源 4.2 三相负载三相负载 4.3 三相功率三相功率*4.4 电力系统电力系统 4.5 触电事故触电事故 4.6 触电防护触电防护 4.7 静电防护静电防护 4.8 电器防火和防爆电器防火和防爆 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 1 1第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 三相交流发电机的工作原理三相交流发电机的工作原理 对称三相绕组:对称三相绕组:N S 定子定子 横截面横截面 U1U2V2V1W2W1转子转子 原动机驱动原动机驱动 2大连理工大学电气工程系大连理工大学
2、电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 t O e1 U1V2V1W2W1U2N S t O e3 t O e2 三相交流发电机三相交流发电机 原动机驱动原动机驱动 3大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 4.1 对称三相正弦交流电源对称三相正弦交流电源 一、对称三相正弦交流电源的特征及表示一、对称三相正弦交流电源的特征及表示1.三相电源三相电源由由3个个频率相同频率相同频率相同频率相同、振幅相同振幅相同振幅相同振幅相同、相位互差相位互差相位互差相位互差120120的正弦
3、的正弦电压源所构成的电源称为电压源所构成的电源称为三相电源三相电源三相电源三相电源。由三相电源供电的电路称为由三相电源供电的电路称为三相电路三相电路三相电路三相电路。4大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 uA=Umsin tuB=Umsin(t 120o)uC=Umsin(t120o)UA=U 0o UB=U -120o UC=U 120o 以以A相为参考相量相为参考相量 三相电压瞬时值表达式:三相电压瞬时值表达式:相量表达式:相量表达式:三相交流电源三相交流电源 5大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第
4、第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 O t u uA uB uc 2 U1U3U2120o 120o 120o 对称三相电源:对称三相电源:对称三相电源:对称三相电源:任一瞬间任一瞬间3 3个电压瞬时值之和或相量之和为零。个电压瞬时值之和或相量之和为零。UAUB+UC=0 uA+uB+uC=06大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 二、三相电源的连接二、三相电源的连接1.三相电源的星形连接三相电源的星形连接(Y形形)A C B 相线相线 相线相线相线相线 UAB UBC UCA
5、N 中性线中性线 UAUBUC UA、UB、UC 线电压:线电压:UAB、UBC、UCA 三相三线制三相三线制 相电压:相电压:三相四线制三相四线制UAUCUBUABUCAUBUBCUAB=3 UA 30o 30o 30o 30o UBC=3 UB 30o UCA=3 UC 30o UL=3 UP 7大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 2.三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接(形形)三相三线制三相三线制 A C B UAB UBC UCA UA UB UC UAB=UA UBC=UB UCA=UC UAB=U
6、BC=UCA=UL=UP UL=UP 8大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 4.2 三相负载三相负载 负载负载 分为三相负载和单相负载两类分为三相负载和单相负载两类。单相负载单相负载 平均分为三组,构成三相负载,尽可能使三平均分为三组,构成三相负载,尽可能使三 相电源供电均衡。相电源供电均衡。L1 L2 L3 NM39大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 星形联结星形联结 三角形联结三角形联结 三相负载也有两种接法三相负载也有两种接法
7、:具体采用何种接法,应根据电源电压和负载具体采用何种接法,应根据电源电压和负载 额定电压的大小来决定。额定电压的大小来决定。原则上应使负载的实际电压等于其额定相电原则上应使负载的实际电压等于其额定相电 压。压。ZZZL1L2L3ZZZL1L2L3N10大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 一、三相负载的星形联结一、三相负载的星形联结 三相负载的三个末端连接在一起,接到电源三相负载的三个末端连接在一起,接到电源 的中性线上。的中性线上。三相负载的三个首端分别接到电源的三根相三相负载的三个首端分别接到电源的三根相 线上
8、。线上。IN IL3 I2 I1 IL1 I3 L2L3L1NZ1 Z2 Z3+U3 IL2U1 U2 Z1 Z2 Z3L1L2L3N IL3 IL1+U3 U1 U2 IL1 IL2+11大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 如果负载对称,阻抗如果负载对称,阻抗 Z1=Z2=Z3=Z。则为则为对称三相电路。对称三相电路。ZA ZB ZC BCAN UA UC UB IAIBICINILAILBILCZ Z Z UAUBUCIAIBIC IN=IAIBIC=0 对称电感性负载对称电感性负载 中性线中性线 可以去掉可
9、以去掉?12大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 三相负载不对称而又没三相负载不对称而又没有中性线时,三相负载有中性线时,三相负载的相电压不会对称,导的相电压不会对称,导致有的相电压超过负载致有的相电压超过负载的额定相电压,有的低的额定相电压,有的低于额定相电压,致使负于额定相电压,致使负载不能正常工作,甚至载不能正常工作,甚至损坏。损坏。因此,在三相四相制电路中,中性线不允许断因此,在三相四相制电路中,中性线不允许断开,也不允许安装熔断器等短路或过电流保护开,也不允许安装熔断器等短路或过电流保护装置。装置。R2
10、R3 L1 L2 L3 R1 N S 13大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 每相负载的首端都依次与另一相负载的末端每相负载的首端都依次与另一相负载的末端 连在一起,形成闭合回路。连在一起,形成闭合回路。将三个连接点分别接到三个电源的三根相线将三个连接点分别接到三个电源的三根相线 上。上。二、三相负载的三角形联结二、三相负载的三角形联结U2 I3 I2 I1 L2 L3 L1+Z1Z2 Z3 U1 IL1 IL2 IL3 U3 三相负载的三角形联结只能是三相三线制。三相负载的三角形联结只能是三相三线制。ZZZL1
11、L2L314大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 IAB=UAB ZAB IBC=UBC ZBC ICA=UCAZCA B C A ZABZCAZBCIC UAB UBC UCA IAB IBIA IBCICA IA=IABICA IB=IBCIAB IC=ICAIBC IAIBIC=0 广义结点广义结点1.相电流相电流 2.线电流线电流 15大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 ICAICA 3.对称负载时对称负载时 UA UB UC
12、IAB IBC 对称电感性负载对称电感性负载 ZA=ZB=ZC=|Z|30o IB IC IA IL=3 IP IA=3 IAB 30o IB=3 IBC 30o IC=3 ICA 30o IAB=IBC=ICA=IP IA=IB=IC=IL 30o 30o 16大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 例例4.2.1 有一电源为星形联结,而负载为三角形联有一电源为星形联结,而负载为三角形联结的对称三相电路,已知电源相电压结的对称三相电路,已知电源相电压UPS=220 V,负载,负载每相阻抗每相阻抗|Z|=10。试求负
13、载的相电流和线电流以及。试求负载的相电流和线电流以及电源的线电流和相电流的有效值。电源的线电流和相电流的有效值。解解 由于电源为星形联结,故电源线电压由于电源为星形联结,故电源线电压忽略供电线路的阻抗,则负载线电压忽略供电线路的阻抗,则负载线电压ULL=ULS=380V负载为三角形联结,则负载相电压负载为三角形联结,则负载相电压UPL=ULL=380V负载相电流负载相电流 IPL=UPL|Z|=38010A=38 A负载为三角形联结,故负载线电流负载为三角形联结,故负载线电流ULS=3UPS=1.73220V=380VILL=3IPL=1.7338 A=66 A17大连理工大学电气工程系大连理
14、工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 电源只向一组三相负载供电,故电源线电流电源只向一组三相负载供电,故电源线电流电源为星形联结,故电源相电流电源为星形联结,故电源相电流ILS=ILL=66 AIPS=ILS=66 A18大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 分析:分析:(1)有中性线时有中性线时 无论负载是否对称,无论负载是否对称,负载电压始终为电源负载电压始终为电源 相电压相电压 UP。(2)无中性线时无中性线时 若负载对称,则与有若负载对称,则与有 中性线时
15、一样;中性线时一样;若负载不对称,则每若负载不对称,则每 一相负载上的电压不一相负载上的电压不 相同。相同。两相负载串联,两相负载串联,分压不同,亮度不同分压不同,亮度不同 R1 R2 R3 L2L3L1NINIL1IL2IL3 例例4.2.2 分析在照明系统中,中性线的作用。分析在照明系统中,中性线的作用。19大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 结论结论 无中性线时,星形联结的不对称负载上的相无中性线时,星形联结的不对称负载上的相 电压不对称。电压不对称。中性线的作用是保证星形中性线的作用是保证星形 联结的不对
16、称负载上的联结的不对称负载上的 相电压对称。相电压对称。中性线上不允许单独中性线上不允许单独 安装开关或熔断器等。安装开关或熔断器等。R1 R2 R3 L2L3L1NINIL1IL2IL320大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 4.3 三相功率三相功率三相总有功功率三相总有功功率 P=P1+P2+P3三相总视在功率三相总视在功率 S=P 2+Q 2 P=3 UP IPcos Q=3 UP IPsin S=3 UP IP 三相对称负载功率表达式三相对称负载功率表达式 相电压、相电流:相电压、相电流:线电压、线电流:
17、线电压、线电流:一、三相功率的计算一、三相功率的计算Q=3 UL IL sin S=3 UL IL P=3 UL IL cos 三相总无功功率三相总无功功率 Q=Q1+Q2+Q321大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第4 4 4 4章章章章 供供供供电电电电与与与与用用用用电电电电 ABZ2 Z2 Z2 例例4.3 如图所示,在如图所示,在 380 V 的三相电源上接的三相电源上接有两组对称负载。已知负载有两组对称负载。已知负载 A 是星形联结的三是星形联结的三 相电阻炉,相电阻炉,UN=380 V,P1=75 kW,cos 1=1。负载负载 B 是三角形联结的电感性负载,是三
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