电工与电子技术基础---第3章

电工与电子技术基础第一章电路分析基础第二章正弦交流电路第三章三相交流电路第四章电路的暂态过程第五章磁路与变压器学习目的与要求（1）.了解三相交流电的基本概念；（2）.熟悉三相电源和三相负载的两种连接方式；（3）.掌握对称三相交流电的概念及对称三相电路的分析与计算；（4）.理解中线的作用和两种连接方式下线、相电压，线、相电流之间的关系；（5）.熟悉对称与不对称下三相电路各种功率的计算方法；（6）.了解安全用电的基本常识；（7）.学习和掌握三相电路中电压、电流及功率的测量方法。三相交流电路的优点现代电力工程上几乎都采用三相四线制。三相交流供电系统在发电、输电和配电方面较单相供电具有很多不可比拟的优点，主要表现在：1.三相电机产生的有功功率为恒定值，因此电机的稳定性好。2.三相交流电的产生与传输比较经济。3.三相负载和单相负载相比，容量相同情况下体积要小得多。由于上述优点，使三相供电在生产和生活中得到了极其广泛的应用。三相定子绕组对称嵌放在定子铁心槽中。转子绕组通电后产生磁场。在原动机带动下转子绕轴旋转，形成气隙旋转磁场。三相定子绕组与旋转磁场相切割，感应出对称的三相电动势。定子)120sin()120sin(sinmCmBmAtEetEetEe一.三相电源的连接方式三相交流电是由三相发电机产生的。发电机主要由定子和转子两大部分构成。AXBYCZ+－转子NS发电机原理对称的三相电动势:电路分析中通常用电压来表示。假设以A相绕组的感应电压为参考正弦量，则发电机感应的对称三相电压分别为：)120sin()120sin(sinmCmBmAtUutUutUu1.对称三相交流电的特点uAuBuCu0Tωt对称三相交流电的特点：最大值相等，频率相同，相位互差120º。120°UBUAUC120°120°三相电源Y接时的三个相电压和三个线电压都是对称的！2.三相电源的星形（Y）连接方式XYZACBNuAuBuC中点：三相电源尾端连在一起三相电源首端分别向外引出端线，俗称火线。尾端公共接点向外引出的导线称为中线，中线俗称零线。火线与零线之间的电压称为相电压。火线与火线之间的电压称为线电压。uABuBCuCA三相电源作Y形连接时，可以向负载提供相电压和线电压两种电压的供电系统称为三相四线制供电系统。※三相电源Y接时线、相电压之间的关系三个相电压对称线电压与相电压之间的关系UBUAUC120°120°120°ACCACBBCBAABUUUUUUUUUAABAAB330cos21UUUU可得相线UU3-UBUAB30°同理可得UBCUCA三相电源Y接时，线电压UAB是相电压UA的1.732倍；相位上，线电压超前与其相对应的相电压30°电角度！UC-30°UA-30°0303相线UU3.三相电源的三角形（Δ）连接方式显然发电机绕组作Δ接时只能向负载提供一种电压！三相电源首尾相接构成闭环在电源的三个连接点处分别外引三根火线。发电机三相绕组作Δ接时，不允许首尾端接反！否则将在三角形环路中引起大电流而致使电源过热烧损。uABuBCuCA三相电源作Δ接时，线电压等于相电压。这种供电系统称为三相三线制。XYZuAuCuBABCBCA相线UU线电压与相电压之间的关系303plUU日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为:V220V380PlUU、V127V220PlUU、三相电源绕组连接成Y接方式的最大优越性就是可向负载提供两种不同的电压，且其中线电压是发电机一相绕组感应电压的1.732倍！三相四线制供电系统两种电压一般表示为或VUUpl0030380302203303验电笔的正确握法如下图示你能说出对称三相交流电的特征吗？你会做吗？三相四线制供电体制中，你能说出线、相电压之间的数量关系及相位关系吗？如何用验电笔或400V以上的交流电压表测出三相四线制供电线路上的火线和零线？电笔头与被测导线接触时，使氖管发光的是火线，不发光的是零线。利用一块电压表的测量，你能正确判断出火线和零线吗？二.三相负载的连接方式1.三相负载的Y形连接ZACBNZZiA线电流相电流plIIYY相电流线电流uAuBuC(1)对称三相负载Y接满足ZZZZCBA三相阻抗相等称为对称三相负载。即：对称三相负载中通过的电流代数和等于零，这时零线电流为零，零线不起作用。iN对称负载Y接时，负载上的端电压等于电源相电压；0CBANIIII三相负载Y接时，相电流等于线电流；电源线电压为380V，对称三相负载Y接，Z=3+j4Ω，求：各相负载中的电流及中线电流。V220732.13803lpUU设V0220AUV120220BUV120220CU1.53543jZA1.53441.5350220AAZUI根据对称关系：A1.17344BIA9.6644CI结论：对称三相电路的计算可归结为一相电路计算，其它两相则根据对称关系可直接写出。0CBANIIII则有解得中线电流：实用中，三相电动机、变压器等都是对称三相负载。超前+120滞后-120(2)不对称三相负载时当CBAZZZ称之为不对称三相负载。求解不对称三相负载电路时，只要电路中有中线，就可把各相按照单相电路的分析方法分别计算，注意此时中线电流不等于零！UVWN…X…已知电源线电压为380V。三相Y接照明负载均为“220V、40W”白炽灯50盏，求：U相开路，V相开25盏，W相灯全开时各相电流及中线电流。在有中线时，U相开路或断路，V相、W相仍正常工作。UVWN…各相电流分别为：A09.92205040A54.42202540WVII，,0UI中线的作用保证了Y接的不对称三相负载的相电压平衡。UVWN…VIA15088.712009.912054.4NI中线电流的相量图分析(1)无中线一相断路时（如图），其余两相相当于串联接于380V线电压上。V127V2532.244.484.48380WVUU，2.245040220......4.4825402202W2VRR显然，V相、，W相均不能正常工作！UBUAUCU相开路时，V、W相阻抗：U相开路时，V、W相电压：WINI问题及讨论问题及讨论(2)无中线一相短路时（如图）；此时，V相和W相均通过短路相分别形成回路，各相端电压为380V，高于额定电压220V，显然都会被烧损。UVWN…负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，当有的超过用电设备的额定电压时，可能烧损或减少使用寿命；而有的达不到额定电压不能正常工作。如前面所讲到的照明电路，由于中线断开且一相发生故障，由此造成各相负载的不对称。换句话讲，如果有中线，当一相发生故障时，其它无故障负载相仍能正常工作。因此，对通常工作在不对称情况下的三相电路而言，中线绝对不允许断开！而且必须保证中线可靠。为确保中线在运行中不断开，中线上不允许安装保险丝和开关。关于中线的讨论2.三相负载的Δ形连接ACB线电流相电流)(CAABCAABAIIIII对三个结点列KCL方程可得：相量图分析ZZZCACABCBCABABUIUIUI；；Δ接时负载的端电压等于电源线电压。由于三个线电压对称，因此三个相电流对称。ZZZiAiABiBiCiBCiCA)(ABBCABBCBIIIII)(BCCABCCACIIIII(1)三相负载对称时-IBCIAICA-IBIAB-IC303030观察相量图可得：-IBCIAICA-IBIAB-IC303030303ABAII303BCBII303CACII三相对称负载Δ接时,线电流与相电流的数量关系为倍,相位关系为线电流滞后相电流30°。plII33uABuBCuCA(2)三相负载不对称时各相电流分别计算：CACACABCBCBCABABABZZZUIUIUI；；三相负载不对称时Δ连接,线电流与相电流之间不再有倍的关系,各相电流应分别计算：3ACBZBCZABZCA)(CAABCAABAIIIII)(ABBCABBCBIIIII)(BCCABCCACIIIII或根据如下方法分别计算：指出图中各电表的读数。你会做吗？某设备采用三相三线制供电。当因故断掉一相时，能否认为是两相供电了？三相照明电路如图示，如果中线在×处断开，各相灯泡是否还有电流通过？如果有电流通过时，各相灯负载还能正常发光吗？为什么照明电路中一定要火线进开关？ABCNS（b）V2´10Ω10Ω10ΩABCA1´A2´V1´AN（a）10Ω10Ω10ΩBCV´A2´A3´A1´V1´三.三相交流电路的功率单相交流电路功率：1.三相电路对称时，各种功率分别为：UISUIQUIPsin,cos，)VA(33)Var(sin3sin3)W(cos3cos3PPPPPPIUIUSIUIUQIUIUPllllll2.三相电路不对称时，各种功率分别为：)VA()()Var()W(2CL2321321QQPSQQQQPPPP其中容性Q为负值和连接方法有无关系？三相Y接时PP3IIUUll，三相Δ接时PP3IIUUll，无关！视在功率S不能求和如何用两个瓦特表测三相电路的功率？三相交流电路功率的测量方法二瓦计法(两表法)如图示＊＊W1W2ABCM3～＊＊AIBICI二表法只适用于对称三相电路的功率测量。对于不对称三相电路的功率，应按照单相电路功率的测量方法，即逐个测量每一相功率。其中:)30cos()30cos(BBC2AAC1IUPIUP，本章学习结束。Goodbye!电力系统=发电厂+变电所+输电线路+用户~输电线路电能用户电力网电力系统发电机升压变压器降压变压器电力系统中发电机、变压器、电力线路和用电设备等的投入和撤除都是在一瞬间完成的，所以，电力系统中电能的生产、输送、利用燃煤(或石油、天然气)燃烧使汽轮机转动。生产过程：化学能热能机械能电能利用水的流量和落差使水轮机转动。生产过程：水能机械能电能利用原子能在反应堆的核裂变使汽轮机转动生产过程：原子能机械能电能生产过程：风能机械能电能风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，來促使发电机发电。依据目前的风车技术，大約是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。生产过程：潮汐能机械能电能潮汐发电与水力发电的原理相似，它是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能发电的过程。具体地说，潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。变电所可分为：升压变电所、降压变电所、区域变电所、终端变电所等。电力线路分有输电线路和配电线路。由于发电厂一般都远离用电中心，所以必须用高压输电；为了确保用户安全用电，还必须降压配置为用户所需的各种电压。(1)电流对人体的危害3.安全用电触电：当人体触及带电体承受过高的电压而导致死亡或局部受伤的现象。触电依伤害程度不同可分为电击和电伤两种。电击：指电流触及人体而使内部器官受到损害，它是最危险的触电事故。当电流通过人体时，轻者使人体肌肉痉挛，产生麻电感觉，重者会造成呼吸困难，心脏麻痹，甚至导致死亡。电击多发生在对地电压为220V的低压线路或带电设备上，因为这些带电体是人们日常工作和生活中易接触到的。电伤：由于电流的热效应、化学效应、机械效应以及在电流的作用下使熔