应用电工学04-供电与用电

所以三相电流也对称，即有
•
效值相等、相位互差120º。 中线电流则为零。
I•2
U1 I•1
故中线可以去掉
• U2
14 ﹡
2、负载线、相电压之间的关系
L1
I•L1 I•N
U• 1
Z1
N
U• 2
L2 L3
I•L2
•
Z2
U• 3
I•2
I•1 N'
Z3
与三相电源星形联接时的线、 相电压关系相同，即
I•3
每相负载的首端依次与另一相负载的末端相联结在一
起，形成闭合回路，再将三个结点分别接到三相电源上， 这种联结方式称为三相负载的三角形联结。
L1
1、负载线、相电压 之间的关系
• U12
• U31 L2
•+ U1 – Z1
–
•
Z3
U3 +
Z2
U•12=
• U1
U•23=
• U2
U•31=
• U3
•
+
• U2
L3
FU
I•3
18 ﹡
（3）无中性线 , L2相负载发生断路
L1
I•1
L2相电流为0， L2相白炽灯熄灭；
N
L2 L3
S
I•2 = 0 FU I•3
L1和 L3相负载串联， N´ 加上380V线电压。
由于L1相等效电阻 比L2相小， 所以L1相上的电压 将小于220V，而不 能正常发光，
L3相的电压将大于220V， L3相烧坏后，L1将因断路
漏电动作电流为50--100 mA ，漏电动作时间为 0.2-- 0.24s的漏电开关用于线路保安与防火。
4.7 静电防护 4.8电器防火和防爆 不讲！ end 29
选用安全电压是防止触电的安全措施之一。 26 ﹡
二、保护接地和保护接零 由于大多数电气设备采用380/220V低压系统供
电，为防止触电事故发生，需根据供电系统接地 型式不同，分别采用接地或接零的保护措施。
1、IT系统：保护接地
将用电系统的金属外 壳与大地作良好的导电 连接。
适用于电源的中性点
不接地的三相三线供电 系统中。
※中性线的作用是强迫电源的中性点与负载中 性点等电位，从而在三相负载不对称时，仍能使负 载的相电压与电源相电压相等，即确保负载的相电 压是对称的。
因此，在三相四线制电路中，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装
置。 用以下例题说明。
16 ﹡
例：图示电路中，已知三相电源线电压为380V， 每盏白炽灯的额定功率为100W、额定电压为220V。 试分析在有、无中性线两种情况下， L2相负载发生 短路或断路时电路的工作情况。 解：
23 ﹡
4.5 触电事故
触电是指人体接触到带电体时,电流流过人体造成的伤害。 分为直接触电事故和间接触电事故两种。
直接触电事故:是指人体直接接触到电气设备正常带电
部分引起的触电事故。
更危险
单
两
线
线
触
触
电 Id
电 Id
R0
R0
24 ﹡
间接触电事故是指人体接触到正常情况下不带电、 仅在事故状态下才会带电部分而发生的触电事故。
线电压Ul = 3 UP 超前于 与之相应的相电压30o ，
IL3
若三相负载不对称，即Z1=Z2= Z3
情况如何？ 中性线电流不为零。
此时，中性线不能去掉！ 为什么？
15 ﹡
原因：在无中性线、三相负载又不对称时，负载的
相电压与电源的相电压不再相等。有的相电压高于电 源相电压，而有的相电压则低于电源相电压，这将使 负载不能正常工作。
不久将被烧坏。
而熄灭。
19 ﹡
（4）无中性线 , L2相负载发生短路
L1
•
I1
L2相白炽灯因被 短路而熄灭。
N
N´
短路
L2
•
L3
I2 •
FU I3
若该相有保险丝，则与(3)相同!
L1相、L3相白 炽灯如何？
若该相无保险 丝，
L1相、L3相白 炽灯承受电源 线电压，将被 烧坏。
20 ﹡
二、三相负载的三角形联结 只能是三相三线制！
其它保护系统见 P111~112
28 ﹡
三、漏电开关：漏电电流动作保护装置的简称
用途：防止低压供电系统中直接和间接接触的 单线触电事故，同时起到防止漏电引起的火灾和 监测或切除各种一相接地的故障。
漏电动作电流为30 mA 以下（30 mA 、20 mA 、 15 mA 、10 mA ），漏电动作时间为0.1s的漏电 开关用于人身保护。
线、相电压之间的相量关系 设U•1为参考量，则有
U• 31
U•1
• U3
U12 =2U1 cos 30o
30o
= 3 U1
30o
U•12 • U2
• U1
=UP0o
• U2
=UP–120o
• U3
=UP–
240o
• U1
• U12
=
• U1
–
• U2
• U2
30o
•
U3
•
U23
同理
=
3
• U1
第五章 供电与用电
基本要求：
1、了解三相电源和三相负载的两种连接方式； 2、掌握对称三相电路中电压、电流、功率的计算； 理解三相四线制供电系统中中性线的作用。 3、了解安全用电方面的知识。
1
5.1 三相电源
三个频率相同，幅值相等，相位互差120 °的电 动势，称为对称三相电动势。
产生对称三相电动势的电源称为三相电源。

30o
• U23
=
3
U•2 30o
• U31
=
3
• U3

30o
7
﹡
若线电压的有效值用UL表示，则有
U12= U23= U31= UL 且 UL= 3 UP
相位上 线电压超前于与之相应的相电压30o ，
而线、相电流之间的相量关系则为 线电流与对应的相电流相等，即：
IL = IP 且相位相同 8﹡
二、三相电源的三角形联结
3´1
1、将三相电源中每一相
U•3 –
+ 3
2´ –
+
• U2
+
U•1 – 1´
2
U•12 U•23
• U31
绕组的首端依次与另一相绕 组的末端联结在一起；
2、从三个结点引出三根 供电线。
称这种联结方式为三角形联结（△联结）。
线、相电压之间的关系
显然，线电压就是对应的相电压，即
1、负载线、相电流 之间的关系：
线电流与对应的 相电流相等。
13 ﹡
线电流与对应的相电流相等
因LLLN23为1U•三I2I•LI••LI•N相2L31负UU••载Z312对ZI称•12 ，ZNI即•31' Z1I=•3Z若则I2•中1=各相=线Z相电U3Z•电11电压流U压与I••23方相=I•N向 电UZ•=22如 流I•I•13图 的+I•I3•所 关2=+示 系UIZ••3， 为33
–
U23
线、相电压对 应相等
L3
21 ﹡
2、负载线、相电流之间的关系
L1
I•L1 • U12
•
U• 1 +I•1 – Z1
–
Z3
U• 3 +
U31 L2
Z2
I•3
I•L2
U•23I•2 + U•2 –
L3
I•L3
•
I•1 =
U1 Z1
•
I•2 =
U2 Z2
根据KCL
I•L1 = I•1– I•3 I•L2 = I•2– I•1 I•L3 = I•3– I•2
25 ﹡
4.6 触电防护
一、安全电压
为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压 系列称为安全电压。
通用接触电压极限：人体允许长期承受的电压极限值。
常规环境下：
潮湿环境下：
交流(15~100Hz)电压为 50V， 直流电压为120V。
交流(15~100Hz)电压为25V， 直流电压为60V。
我国规定工频有效值42V、30V、24V、12V和6V 为安全电压的额定值。
保护接地
接地电阻Rd应不超过4Ω。
Rd
27 ﹡
2、TN系统：保护接零 将金属外壳与零线联接，
当出现漏电或一相碰壳时， 该相相线与零线之间形成短 路或接近短路，接于该相线 上的短路保护装置或过流保 护装置便会动作，迅速切断 电源消除触电危险。
R0
保护接零
TN系统适用于电源中性 点接地的三相四线制供电 系统中。
• E1
U•1
E• 3 N
• U3
E• 2
L1
• U12
N
U•12
=
U•1
–
• U2
• U23
=
• U2
–
• U3
• U2
L2 U•31
• U31
=
• U3
–
• U1
显然，三个线电
U•23
压也是对称的！ 若线电压有效值用UL
UL与UP什么关系？ 可用相量图求得。
L3 表示。则有 U12= U23= U31= U6 L﹡
按人体所受伤害方式和程度的不同，触电事故又 可分为电击和电伤两种。
电击是指电流通过人体内部，影响呼吸、心脏和 神经系统，造成人体内部组织的破坏，乃至死亡。
电伤是指电流的热效应、化学效应、机械效应等 对人体表面或外部造成的局部伤害。
电击伤害程度取决于通过人体电流的大小、电流 通过人体的时间、电流通过人体的途径、电流频 率以及人体的健康状况等。
相量图
•
Em
E3
120°
e1 e2 e3
120° • E2
•0 E1 120° -Em

2
t
波形图
3﹡
e 选择 1为参考量，则有
E• 1 =E10°
e1= E1sin t
• E2
=E2–120°
e2=Emsin(
t
–
120°)
E• 3=E3120° e3=Emsin( t+120)
三相交流电动势的产生
三相同步发电机
定子
L1 L3´
L2´
S
L2
N
L3
L1´
转子
L1 L2 L3
+
++
e1 e2 e3
–
––
L1´ L2´ L3´ 2 ﹡
由于每一对磁极相对于绕组转一圈，感应电 动势变化一个周期。
若转子有p对磁极、转子的转速为n转/分，则
三相电动势的频率为
pn f1= 60
中国标准工频为50HZ，则n与p成反比。
•
I•3=
U3 Z3
22 ﹡
三相负载的三角形联结时，
由于三相电源对称，若三相负载也对称，则负载 三个线电流必然也对称、三个相电流也对称，线、 相电流之间的关系与三相电源作三角形联结相同。
即 Il = 3 IP 而相位上， 线电流滞后于与之相应的相电流30o 。
当三相电源对称，而三相负载不对称时，则 负载三个线电流不再对称、三个相电流也不对 称，线、相电流之间的关系要根据电路参数具 体分析。
分清几个概念：
负载的相电压：负载首、末端之间的电压。 线电压：两相负载首端之间的电压。
负载的相电流：每相负载中通过的电流。 复阻抗 线电流：负载从供电线上取用的电流。 相等
一、三相负载的星形联结
L1 I•L1 I•N
N
LБайду номын сангаас •
L3
IL2 I•L3
Z1 I•1
Z2
N' I•3
I•2 Z3
若三相负载对称 即：Z1=Z2=Z3
三相 负载 L1 L2 L3
N
对称（三个相的复阻抗相等） 不对称（由多个单相负载组成）
Z1
Z2
Z3
不对称负载
对称 负载
M
3~ 11
﹡
L1 三相负载联结方式选择 L2 L3
N
Z1
Z2
Z3
M
星形 三角形
3~
三相负载采用何种联结方式由负载的额定电压决定： 当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联结； 当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联结。12 ﹡
L1
•
I1
（1）有中性线 , L2 相负载发生短路
短路 N
熔断
N´
仅L2相熔断器熔断, L1和 L3相负载仍
正常工作。
L2
L3
FU
I•2 很= 大0 • I3
17 ﹡
（2）有中性线 , L2相负载发生断路
L1
•
I1
仅L2相电流为0， L2相白炽灯熄灭，
L1和 L3相负载
仍正常工作。
N
N´
L2
S I•2 = 0
若相电流对称，则有
•
IL3
I•3 I•L2
I•1
I•2
I•L1
I L1 2 I1 cos 30 3I1
显然三个线电流也对称。若
有效值用IL表示，则有IL1= IL2= IL3= IL且 IL = 3 IP 。 相位上，线电流滞后于与之
相应的相电流30o 。
10 ﹡
4.2 三相负载
由三相电源供电的负载称为三相负载
U•1 中性线 U•12
E• 2
U•2
L1 由于三相绕组内阻
抗很小，故有：
N L2
U• 31
•• U1 = E1 U•3 = E• 3
• U2
=
• E2
由于三相电动势是
U•23
对称的，显然三个相 电压也对称，其有效
L3
值用UP表示。则有 U1= U2= U3= U5P﹡
线、相电压之间的关系
根据KVL
三相电动势达到最大值的先后顺序称为相 序，显然，三相电源的相序为
L1→L2→L3
三相电源向外供电时有两种基本连接方式， 连接方式不同，提供的电压不同。
4﹡
一、三相电源的星形联结
火线与中线之间的
三三相相四三线线制制 火线
电压称为相电压； 火线与火线之间的
电压称为线电压。
或中零点点E• 1 •N E3 • U3
U•12 = U•1 U•23 = U•2 U•31 = U•3
9﹡
1
I•L1 L1
I•3
I•1 I•L2
3
I•2
2 I•L3 L2 L3
线、相电流之间的关系
根据KCL
I•L1 = I•1– I•3 3I1 30
•
IL2
=
•
I2
–
I•1
3I2 30
I•L3 = I•3– I•2 3I3 30