电工技术

电工技术 咸阳职业技术学院精品课件主讲:李锁牢

模块四三相交流电 　　教学重点 1. 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。 3. 掌握对称三相负载 Y 联结和  联结时，负载线电压和相电压、线电流和相电流的关系。 4. 掌握对称三相功率的计算方法，家庭照明电路的连接。　　教学难点 1. 掌握三相电路线电压与相电压、线电流与相电流的相位关系。 2. 熟练分析与计算三相电路电压、电流、功率等。

任务一：三相电源的产生与连接 一、三相交流电的产生二、三相电源的接法

一、三相电压的产生 三相电源由三相交流发电机产生，其结构分为：定子和转子。 1、三相发电机的基本构造铁芯｛定子绕组（结构相同，空间排列互差1200）铁芯｛转子绕组（直流励磁）

A A B C (首端) • + + + Y Z S • • – – – eB eA eC + _ (尾端) X Y Z N C B 转子 X 定子铁心由硅钢片叠成，它的内圆周表面冲有槽，用以放置三相电枢绕组。每相绕组是同样的，它们的始端（头）标以 A，B，C，末端（尾）标以X，Y，Z。三相交流发电机的原理图

每个绕组的两边放置在相应的定子铁心的槽内。要求绕组的始端之间或末端之间都彼此相隔120度。每个绕组的两边放置在相应的定子铁心的槽内。要求绕组的始端之间或末端之间都彼此相隔120度。磁极是转动的，亦称转子。转子铁心上绕有励磁绕组，有直流励磁。选择合适的极面形状和励磁绕组的布置情况，可使空气隙中的磁感应强度按正弦规律分布。 2、对称三相电动势的产生当转子由原动机带动，并以匀速按顺时针方向转动时，则每相绕组依次切割磁力线，其中产生频率相同，幅值相等的正弦电动势eA、eB、ec。电动势的参考方向选定为自绕组的末端指向始端。

. EC e eB eC eA 120° . EA 120° 120° 240° 360° 120° 0  2 . EB 以A相为参考，则可得出：相量表达式：三相电动势瞬时表达式：波形：相量图：

供电系统三相交流电的相序为 ABC 这三个电动势的幅值相等、频率相同、彼此间的相位互差1200。对称三相电动势的瞬时值之和或相量之和为零：三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。

　　三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。e1 比 e2超前 120 ，e2 比e3 超前 120 ，而 e3 又比 e1 超前120 ，称这种相序称为正相序或顺相序；反之，如果e1比 e3 超前 120 ，e3 比 e2 超前 120 ， e2比 e1 超前 120，称这种相序为负相序或逆相序。　　相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出 U 相，用绿色标出 V 相，用红色标出 W 相。（电动机的旋转方向与电源相序相关。

二、三相电源的接法 （一）三相电源的星形联结 1．接法　发电机三相绕组的尾端 U2、V2、W2 接于一点，称为中性点，三相绕组的首端和中性点向用电设备供电。这种接法称为三相四线制电源。（1）中性点（或零点）：三个末端相联接的点。用字母“N”表示中性线（或零线）：从中性点引出的一根线叫中性线或零线。（2）端线或相线：从首端引出的三根线，俗称火线。

+ A + + – eA – – X Z – N – – – Y eB eC + + + – B + + + – C 端线(相线、火线) 中性线(零线、地线) 讲线的颜色中性点、UP 相电压：火线与中线间的电压。、UL 线电压：火线与火线间的电压。

注意：给学生讲各相绕组的标号，现在变成如下形式。注意：给学生讲各相绕组的标号，现在变成如下形式。（1）相电压：相线与中性线间的电压，用 UU、UV、UW表示，工程上用 UP表示，各相电压之间相位相差　。　（2）线电压：二根相线间的电压，用 UUV、UVW、UWU表示，工程上用UL表示，各线电压之间相位相差。

A + – + + eA – – X Z N – – Y – eC – + eB – + B + + + + – C 线电压与相电压的关系因为： ∠ ∠ ∠ 根据KVL定律

由相量图可得 30° 相量图同理：

　注意：一般三相交流电供电方式 （1）中性点：三相绕组 U2、V2、W2 的末端连接到一点。用 N 表示，如图所示。

　　（2）中性线：从中性点引出的导线，用蓝色或黑色表示。　　（2）中性线：从中性点引出的导线，用蓝色或黑色表示。　　（3）相线：线圈的手端 U1、V1、W1引出的三根线，分别用黄、绿、红三种颜色表示。　　（4）供电方式：三相四线制。　　（5）三相四线制系统提供两种电压：相电压和线电压。　　相电压：各相线与中性线之间的电压，用 UU 、VV 、WW 表示有效值。　　线电压：相线与相线之间的电压，用 UUV 、VVW 、WWU 表示。

（1）三相电动势的有效值相等，相位相差　　。 （2）相电压和线电压各自对称，相位都相差　　。（3）线电压是相电压的倍，且超前对应的相电压　　。结论

（二）三相电源的三角形联结 1．接法　　将发电机三相绕组首尾端依次连接，三个连接点作为三相电源输出点。 2．相电压和线电压 UL= UP

3、由于发电机三相对称，相位相差，则有 　　这说明若连接正确三角形回路中无电流，但若有一相接反，则导致相量和不为零而是一相电压的两倍，烧毁发电机绕组。

　　特别需要注意的是，在工业用电系统中如果只引出三根导线(三相三线制)，那么就都是火线(没有中性线)，这时所说的三相电压大小均指线电压 UL ；而民用电源则需要引出中性线，所说的电压大小均指相电压 UP 。

【例】已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为 E = 220 V，试求：(1)三相电源为 Y 联结时的相电压 UP 与线电压 UL；(2)三相电源为  联结时的相电压 UP 与线电压 UL 。　　解：(1)三相电源 Y 联结：相电压 UP = E = 220 V，线电压 (2)三相电源  联结：相电压 UP = E = 220 V，线电压 UL = UP = 220 V

任务二：三相负载联接 一、三相负载的星形联接二、三相负载的三角形联接

负载星形联结的三相电路有两种主要的方式： 一、负载星形联接的三相电路三相负载的联接方式分为：星形（ Y）和三角形（）两种接法，至于采用哪种方法，要根据负载的额定电压和电源电压确定。 1.三相四线制 2.三相三线制（负载必须完全对称）三相四线制的接法是：各单相负载的一端连接在相线上，另一端都连接在中线上。如果不计连接导线的阻抗，负载承受的电压就是电源的相电压，而每相负载与电源构成一个单独的回路。

　三相负载：同时需要三相电源供电的负载。 　三相对称负载：在三相负载中，如果每相负载的电阻、电抗都相等，这样的负载称为三相对称负载。　负载的连接方法（在三相电路中）：星形、三角形。与三相电源星形接法相同　　

负载星形联接的三相电路

+ ZA – N N' – – ZB ZC + + N 电源中性点三相四线制 N´负载中性点相电流：流过每相负载的电流线电流：流过端线的电流结论：负载 Y联结时，线电流等于相电流。

+ ZA – N N' – – ZB ZC + + 三相电路的计算: 在此结构中,每相负载与电源构成一个单独的回路,任何一相负载的工作都不受其它两相的影响,所以各相电路的计算方法和单相电路一样.

+ ZA – – N N' – ZB + ZC + 中线电流：（由KCL定律）当三相负载对称时，即当负载对称时，中线无电流，可以省掉中线，电路即为三相三线制：注意：只有当负载完全对称时，才能接成三相三线制。如：三相异步电动机、三相电炉等都是三相对称负载，因此它们都采用三相三线制供电，这样可省去一根中线，节约电工材料。

【例】在负载作 Y 联结的对称三相电路中，已知每相负载均为 |Z|= 20 ，设线电压 UL = 380 V，试求：各相电流(也就是线电流)。　　解：在对称 Y 负载中，相电压相电流(即线电流)为

不对称三相负载星形联结时中性线的作用 1．若负载不对称，则IN 0； 2．若有中性线，则各相负载仍有对称的电源相电压，从而保证了各相负载能正常工作； 3．若没有中性线，则各相负载的电压就不再等于电源的相电压，这时阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，阻抗较大的负载的相电压可能高于其额定电压，使负载不能正常工作，甚至会造成事故。 4．结论：不对称三相负载星形联结中，中性线不可省，且要可靠接地不允许安装开关和熔断器。

　　不对称负载星形联结时中性线的作用 通过实验进行说明　　①　将额定电压为 220 V，功率分别为100 W 、60 W 、40 W 的灯作星形联结，接到三相四线制的电源上。如图所示。　　②　闭合 SN ，三个灯均亮：断开 SU 、SV 、SW 时灯仍然正常发光。　　结论：相电压不变，各相电流值不同，中性线电流值不为零。

若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。若为单相多台负载，应尽量均匀地分布在三相上。　　③　断开 SW ，再断开 SN ，如图所示。　　现象：40 W 的比 100 W 灯亮。　　原因：串联分压，100 W 灯电阻比 40 W 的小。中性线对于不对称三相负载的作用：保证三相负载电压的对称，防止发生事故。

例将白炽灯照明电路按三相四线制星形联结，如图，各白炽灯额定电压 220 V，设 U 相负载 ZU与 V 相负载ZV 阻抗均为 220 ，而W相负 ZW载阻抗为 20 ，将它们接在 380 V 的三相对称电源上，若 U 相灯开关断开又将中性线断开，会出现什么现象。

解：U 相关闭、中性线断开，相当于将 V 相白炽灯与 W 相白炽灯串联于 380 V 的线电压中，此时两负载电流为 V 相白炽灯电压为 UV = |Zv|I = 220  1.58 V = 347.6 V W 相白炽灯电压为 UW = |Zw|I = 20  1.58 V = 31.6 V 　　结论：V 相电压升高很多，白炽灯将烧毁。

A – + ZCA ZAB ZBC – B + + – C 相电流:流过每相负载的电流、、线电流:流过端线的电流二、负载三角形联接的三相电路负载连接在电源的两根相线之间，每相负载所承受的电压等于电源的线电压。即: UP = UL

电路

一般电源线电压对称，因此不论负载是否对称，负载相电压始终对称, 且线电压与相电压相等。即 UAB=UBC=UCA=UL=UP 相电流：线电流不等于相电流线电流：

CA CA AB C B 30° AB BC BC 因此线电流也对称，即。负载对称时, 相电流对称，即根据相量图：相量图

【例】在对称三相电路中，负载作  形联接，已知每相负载均为 |Z|= 50 ，设线电压 UL = 380 V，试求各相电流和线电流。　　解：在联结负载中，相电压等于线电压，即　　　　　 UP = UL ，则相电流线电流

例　在 380 V 的三相对称电路中，将三只 55 的电阻分别接成星形和三角形，试求两种接法的：（1）线电压；（2）相电压；（3）线电流；（4）相电流。解：在星形联结中在三角形形联结中 UYL = 380 V 结论：在相同的三相电压下，对称负载作三角形联结时的线电流是星形联结时线电流的 3 倍。

任务三：三相电路的功率 一、三相电路的有功功率二、三相电路的无功功率三、三相电路的视在功率

不论负载联接方式如何，总的有功功率必定等于三相功率之和：不论负载联接方式如何，总的有功功率必定等于三相功率之和： P=PA+PB+PC 当负载对称时：P = 3Up Ipcosp 负载Y联接时：负载 联接时：所以：同理：

例有一对称三相负载，每相电阻 R = 3 ，感抗 XL= 4 ，分别将接成星形和三角形，接在线电压为 380 V 的对称三相电源上，如图，试求：（1）负载作星形联结时的相电流、线电流及有功功率；（2）负载作三角形联结时的相电流、线电流及有功功率。　　解：（1）负载作星形联结时，负载相电压为各相负载阻抗为

　　各相相电流为 　　线电流为 IYL = IYP = 44 A 　　各相负载功率因数为　　三相负载总有功功率为

（2）负载作三角形联结时，相电压等于线电压（2）负载作三角形联结时，相电压等于线电压因每相阻抗 z = 5 ，则相电流为对于对称负载作三角形联结时，线电流为相电流的倍结论：对称三相负载作三角形联结的线电流和总有功功率是星形联结时的 3 倍。

任务四：家庭照明电路的安装 一、家庭电路的原理图二、家庭电路的连接

说出家庭电路的组成和连接顺序。 说出测电笔的作用，会用测电笔来辨别火线和零线。记住火线和零线间的电压值。记住闸刀开关的安装原则。说出保险丝的作用及选用原则，会正确选择保险丝。学习目标

插座灯座开关 进户线和连接导线电能表闸刀开关熔断器一、家庭电路的组成 • 家庭电路由__________________供电。我国家庭电路的电压是______伏。户外低压电力网 220 • 家庭电路由那几部分组成？

测量消耗电能多少 接家用电器控制用电器的通断 • 家庭电路中各器件的作用是什么？控制保护照明电源 • 家庭电路中各个家用电器是什么连接？家庭电路中各个家用电器都是并联的，某个家用电器的通断不影响其他家用电器的通断。

使用时手绝对不能碰 当心二、进户线、火线、零线火线两线间电压220伏进户线（两根线）零线（电源端接地） • 怎样辨别火线和零线？使用测电笔 • 测电笔的结构：笔尖金属体，氖管，电阻，笔尾金属体 • 测电笔的使作方法：手握笔尾金属体，笔尖金属体接触导线。氖管发光的是火线。手没触笔尾金属体，笔尖金属体触到火线时氖管也不会发光。

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