4.1 三相正弦交流电源

4.2 三相电路中负载的联接

4.3 安全用电

第第 44 章 三相正弦电路分析章 三相正弦电路分析

4.1 4.1 三相正弦交流电源三相正弦交流电源

三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有 3 个相同的绕组。 3 个绕阻的首端分别用A、 B、 C 表示，末端分别用 X、 Y、 Z 表示，这 3 个绕组分别称为 A 相、 B 相、 C 相。

A

X

B

Y

C

Z

4.1.1 4.1.1 三相交流电的产生三相交流电的产生

120

120

0

C

B

A

p

p

p

UU

UU

UU

)120sin(2

)120sin(2

sin2

C

B

A

tUu

tUu

tUu

p

p

p

所产生的三相电压分别为：

由相量图可见，三个电压的大小相等、频率相同，相位彼此相差 120º ，称为对称三相电源。

由图可知任何瞬间三个电源电压的代数和均为零，即

0CBA UUU

这三个电压达到正的最大值的先后顺序称为相序（ phase sequence ）。当发电机以顺时针方向旋转时，相序为 A-B-C ，称为正相序；以逆时针方向旋转时，相序为 A-

C-B ，称为负相序。由图可以看出，该三相电源的相序为 A-B-C ，在以后的分析中如无特别说明均指正相序。

3 个末端连接在一起引出中线由 3 个首端引出 3 条火线。

4.1.2 4.1.2 三相电源的联接三相电源的联接11 、星形连接、星形连接

CU

BU

+

AU

－

－++

－

A

N

B

C

（ 1 ）基本概念

中性点（ neutral point ）：三绕组末端的连接点。端点（ terminal point ） ：三个首端零线（中线、地线） （ neutral wire ） ：由中性点引出的供电线。火线（相线、端线）： 3 个始端引出的三根供电线。

CU

BU

+

AU

－

－++

－

A

N

B

C

相电压（ phase voltage ）：火线与零线间的电压，有效值用 UP 表示。

线电压（ line voltage ） ：火线与火线之间的电压。有效值用 UL 表示。

CU

BU

+

AU

－

－++

－

A

N

B

C

CU

AU

－ BU +

－

－

+

+

A

B

C

（ 2 ）相电压与线电压的关系

CU

BU

+

AU

－

－++

－

A

N

B

C

BAAB UUU

120

120

0

C

B

A

p

p

p

UU

UU

UU

CBBC UUU

ACCA UUU

CU

30°

30°

30°

AU

BU

ABU

CAU

BCU

－ BU

－ AU

－ CU

由相量图得：

线电压是相电压的 倍，相位上线电压超前相电压 30º 。

pl UU 3

303303 pAAB UUU

903303 pBBC UUU

1503303 pCCA UUU

可见，三个线电压幅值相同，频率相同，相位相差 120 。

3

CU

AU

－ BU +

－

－

+

+

A

B

C

将三相绕组的首、末端依次相连，从 3 个点引出 3

条火线。

2 、三角形连接

CCA

BBC

AAB

UU

UU

UU

三角形联接时，线电压就是对应的相电压即：

0 CABCAB UUU 三个相电压之和为零，所以三个线电压的和也为零

注：此种接法如一相接反，将造成严重后果。

AU

CU

BU

CU

AU

－ BU +

－

－

+

+

A

B

C

4.2 4.2 三相电路中负载的联接三相电路中负载的联接

三相负载根据对称分对称负载：如三相交流电动机、三相电阻炉等不对称负载：如电灯、家用电器等

三相负载：由三相电源供电的负载称为三相负载

4.2.1 4.2.1 负载星形联接负载星形联接当接有负载时，可以得到两种电流：相电流（ phase current ）：每相负载中的电流称为相电流，有效值用 IP 表示。

线电流（ line current ）：火线中的电流称为线电流，有效值用 IL 表示。

CI

BI

AI

CU

BU

+

AU

－－+

+

－

A

N

BC

Z

Z

Z

CI

BI

AI

CU

BU

+

AU

－－+

+

－

A

N

BC

Z

Z

Z

,A

AA Z

UI

,B

BBZ

UI

CZ

UI CC

如果三相负载是对称的，因电压是对称的，所以电流也是对称的

相电流即为线电流，大小、相位均相等

负载对称时，

CBA III

0N I ，中线可以省略；

负载不对称时， 0N I ，中线不可以省略；

CI

BI

AI

CU

BU

+

AU －

－ +

+

－

A

N

B C

Z

Z

Z

NI

NI

应用实例 ---- 照明电路

A

C

B

...

...

...

一层楼

二层楼

三层楼

N

正确接法 :

每层楼的灯相互并联 ,

然后分别接至各相电压上。

照明电路的一般画法

A

B

C

N

. . . . . . . . .

一层

二层

三层

讨论

讨论照明电路能否采用三相三线制供电方式？

A

C

B

...

...

...

一层楼

二层楼

三层楼

N

不加零线会不会出现问题 ?

设线电压为 380V 。A 相断开后， B、 C 两相串连，电压 UBC

（ 380V ）加在 B、 C 负载上。如果两相负载对称，则每相负载上的电压为190V 。

问题 1 ：若一楼全部断开二、三楼仍然接通情况如何 ? A

C

B

... ...

...一层楼

二层楼

三层楼

分析：

结果二、三楼电灯全部变暗，不能正常工作。

问题 2 ：若一楼断开，二、三楼接通。但两层楼 灯的数量不等（设二楼灯的数量为三层的 1/4 ）结果如何？

结果：二楼灯泡上的电压超过额定电压， 灯泡被烧毁；三楼的灯不亮。

A

C

BR2

R3V 76380

14

14

1

3

RU

V 3043805

42 RU

4.2.2 4.2.2 负载三角形联接负载三角形联接

AIA

B

C

Z Z

ZBI

CI

ABI

BCI

CAI CAABA III

ABBCB III

BCCAC III

0AB lUU 0Z

U

Z

UI lAB

AB

120Z

U

Z

UI lBC

BC

120Z

U

Z

UI lCA

CA

相位关系：线电流滞后于所对应的相电流 30°

303

303

303

CAC

BCB

ABA

II

II

II

pl II 3有效值的关系：

AI

BCI

ABI

CAI

3 0 °3 0 °

3 0 °

BI

CI

BCI

ABI

CAI

三相功率

三相总有功功率： CBA PPPP

cos3 PP IUP

,3 PLPL IIUU

PLPL IIUU 3 ,

cos3 LL IUP

负载对称时：

星形接法时：

三角形接法

则：

在三相负载对称的条件下：

sin3 LL IUQ 同理：

LL

LL

LL

IUS

IUQ

IUP

3

sin3

cos3

例：对称三相三线制的线电压 V 3100lU ，

每相负载阻抗为 6010Z Ω，求负载为星形及三角形两种情况下的电流和三相功率。

AIA

B

C

Z Z

ZBI

CI

ABI

BCI

CAI

AIA

B

C

Z Z

ZBI

CI

ABI

BCI

CAI

例：线电压为 380V 的三相电源上接有两组对称三相负载 : 一组三角形联接 Z △= 38 37°∠ Ω ，另一组星形联接 RY=10 Ω ，试求 : (1) 各组负载的相电流 ; (2) 电路线电流； (3) 三相有功功率。

VU oAB 0380

设线电压

VU oAB 0380

VU oA 30220

（ 1 ）由于三相负载对称，计算一相即可

AZ

UI o

o

o

Δ

ABABΔ 3710

3738

0380

三角形联接的负载相电流

设线电压 则

AR

UI o

Y

AAY 3022

星形联接的负载相电流

oo 3022672.17

AYAΔA III

A672.17)3037(310 ooo

AΔI

（ 2 ）先求三角形联接的负载线电流

线电流也是对称的

YΔ PPP

（ 3 ）三相电路有功功率为

AYΔAΔ 3cos3 IUIU ll

kW6.23W23600

2238038.02.173803

4.3.1 4.3.1 触电方式及其防护触电方式及其防护触电：电流通过人体造成对人体伤害的现象称为

触电。触电可能是人体接触带电体时发生，也可能是人体接近带电体时发生。

1 、常见的触电形式（ 1）单相触电人体站立地面而其他部位如手臂或头部接触带电体时就形成单相触电。

4.3 4.3 安全用电安全用电

L1

L2

L3

N

（ a ）三相四线制电网

对三相四线制中性点接地的电网，单相触电形式如图 a 所示 , 人体受到相电压的作用，电流经人体和大地构成回路。

（１）中性点接地系统的单相触电（１）中性点接地系统的单相触电

)mA(219)A(219.010004

220

RR

UI

m0

P

若相电压Ｕ若相电压ＵＰＰ为２２０Ｖ，则流过人体的电流为为２２０Ｖ，则流过人体的电流为

显然，这是危险电流。所以工程上所说的显然，这是危险电流。所以工程上所说的低压并不是安全电压。低压并不是安全电压。

其电流为其电流为

式中： Ｕ式中： ＵＰＰ为相电压；为相电压；

ＲＲ００为接地电阻，一般为４为接地电阻，一般为４ ΩΩ ；；

ＲＲｍｍ为人体电阻，一般取１０００为人体电阻，一般取１０００ ΩΩ 。。

m0

P

RR

UI

L1

L2

L3

（ b ）三相三线制电网

对三相三线制中性点不接地的电网，单相触电形式如图 b

所示，因为输电线很长，电路对地有较大的电容，触电时电流经人体到大地，再由线路电容而成回路。

（２）中性点不接地系统的单相触电（２）中性点不接地系统的单相触电

（ 2 ）两相线触电人体同时接触两根带电的导线，这时人体受到线电

压的作用，通过人体的电流更大，这是最危险的触电方式。

L1

L2

L3

（ 2 ）紧急救护受伤不算严重：心慌、四肢发麻、全身无力在触电者还未失去知觉时，应将其抬到空气流通、温度适宜的地方休息，请医生来诊治。

伤害较严重：无知觉、无呼吸、心脏有跳动———人工呼吸法无知觉、有呼吸、心脏停止跳动———胸外挤压法伤害很严重：呼吸心脏都停止，瞳孔放大、失去知觉 ——— 人工呼吸法、胸外挤压法应争分夺秒地在现场进行人工呼吸或胸外挤压，一刻也

不能停，即使在送医院的途中也应坚持进行。

人工呼吸法：使触电者平卧．将头部尽量后仰，张开嘴巴，清除异物，解开领口和衣服。

救护人员位于触电者一侧，一只手捏紧触电者的鼻孔，另一只手扳开他的嘴巴。

救护人深呼吸后，紧贴触电者的嘴巴吹气，使其胸部膨胀， 5s钟吹一次，吹 2s 。

吹气完毕，放松触电者的嘴鼻，使其自动呼气，待其胸部自行回缩，即可达到呼气的目的。

胸外挤压法 (1)使触电者仰卧在地上，解开其上衣，找到心脏挤压

点，其部位在前胸正中间，稍偏下的地方。(2)救护人员跨跪在触电者腰部位置，身体稍向前倾，

两臂前伸，伸开手掌，使右手掌根部对准挤压点，左手掌搭在右手上，双手相叠。

(3) 手掌根部借助身体的重量向下挤压，压陷的深度为 3cm一 4cm．挤压出心脏里面的血液。

(4)挤压后手掌根部突然抬起．让触电者胸部压陷部位白然恢复，使血液充满心脏。挤压和放松的动作要有节奏，约每秒一次。

重复以上挤压、放松动作，坚持做到心脏恢复跳动为止。

胸外按压与口对口人工呼吸同时进行，其节奏为：单人抢救时，每按压 15 次后吹气 2 次，反复进行；双人抢救时，每按压 5 次后由另一人吹气 1

次，反复进行。若判定颈动脉以有搏动但无呼吸，则暂时停胸外按

压，而再进行 2 次口对口人工呼吸，接着每 5秒 吹一次。如脉搏和呼吸均未复苏，则继续坚持心脏复苏法抢救。 重要的是不要忘了及时拨打 120 。

电气设备的金属外壳或构架与土壤之间作良好的电气连接称为接地，与土壤直接接触的金属物体称为接地体，连接接地体与电气设备接地部分的金属线称为接地线。接地分为工作接地和保护接地两种。11．工作接地．工作接地为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作为了保证电器设备在正常及事故情况下可靠工作常将常将系统的中点接地系统的中点接地。。

4.3.2 4.3.2 接地与接零接地与接零

如果中点不接地，当一相接地而人体触及另外两相中的任意一相时，触电电压将为线电压。但在中点接地，触电电压将为相电压。

使电工设备的金属外壳接地的措施 ，可防止在绝缘损坏或意外情况下金属外壳带电时强电流通过人体，以保证人身安全。适用于中性点不接地的低压电网。

2、保护接地

采用保护接地后，若人体接触到电气设备的金属外壳或构架，人体就与接地装置的接地电阻（一般 4Ω）并联，流过人体的电流就很小。

将电气设备的金属外壳或构架与电网的零线相连接的保护方式叫保护接零。在中性点接地的电网中，由于单相对地电流较大，保护接地就不能完全避免人体触电的危险，而要采用保护接零。

33 、保护接零、保护接零

4.3.3 4.3.3 静电防护与电气防火防爆静电防护与电气防火防爆

11．静电的危害及其防护．静电的危害及其防护静电防护措施：（ 1 ）利用控制工艺过程和控制工艺过程中所用材料的选择，使之不产生静电或少产生静电；（ 2 ）采取接地、增湿、加入抗静电添加剂等措施，加速静电的泄漏；（ 3 ）利用感应中和器、高压中和器、放射线中和器等装置，加速静电的中和；（ 4 ）改善生产环境，利用封闭的方法限制危害的产生，减小易燃易爆物散发的浓度。

22．电气防火防爆．电气防火防爆电气防火防爆措施：严格遵守电气设备的铭牌值、操作规程、勤于观察和检测设备的运行情况、温升情况，以及设备的定期维修等，都可防止事故的发生。在易发生火灾危险的场所，应按国家有关技术规范选用封闭型、防尘型、防滴型或防爆型等电器设备。另外，可安装预防报警装置等监测设备，防止灾害的发生。

一旦发生火灾，要积极组织扑救。根据不同的情况，采用相应的灭火方法。电气设备在切断电源后的灭火方法与扑救一般的火灾相同。在无法切断电源或者不能确定是否已切断电源的情况下，应采用带电灭火的方法，应用不导电的灭火剂带电灭火。

2005年 12月 15日，辽源市中心医院发生特大火灾，造成 37 人死亡、 95 人受伤，直接财产损失 800多万元。辽源市中心医院在配电室改造过程中，工作人员违反操作规程，电缆铺设违章操作，并使用不合格电缆。

造成这起火灾事故的直接原因已经查明：因为辽源市中心医院配电室内供电电缆短路引燃可燃物所致。

辽源市中心医院电工班班长张某值班时突然发现医院全楼断电，他来到二楼的配电室，在未查明停电原因的情况下强行送电，之后离开配电室。二三分钟后，配电室发出“劈啪”响声，张某返回时发现配电室已冒烟，他未采取扑救措施，而是跑到院外去拉变电器刀闸开关，再返回二楼时火势已经蔓延开来，从而酿成大祸。

而当时冒烟的地下电缆线，十几根电缆杂乱无章地缠在一起，而像这样的电缆应该非常整齐地平铺放置，并要设置防火层。　　

学习要求

1 、掌握三相四线制电路中电源以及单相和三相负载的连接方法

2 、掌握相电压和线电压、相电流和线电流在对称三相电路中的相互关系

3 、掌握对称三相交流电路电压、电流和功率的计算方法

4 、了解不对称三相负载星形接法电路中中线的作用5 、了解安全用电的常识和重要性6 、了解接零、接地保护的作用和使用条件7 、了解静电保护和电气防火防爆的常识

本章重点：1 、对称三相电路中相电压和线电压、相电流和线电流的

相互关系2 、负载星形、三角形连接电路电压、电流和功率的计算本章难点：1 、负载星形连接不对称电路中中线的作用2 、负载星形连接不对称电路的分析计算本章考点：1 、负载星形、三角形连接电路电压、电流和功率的计算；2 、负载星形连接不对称电路中中线的作用及其分析计算。