大话发电机

1832年,人们就发明了单相交流发电机,1885年,发明两相交流电动机,很快,人们发现,三相才是王道。

三相电来了

三相交流电是生活中的常客,在特定环境下由于大功率电器设备的使用负荷,需要用到三相电,是电能的一种输送形式,简称为三相电。

三相交流电源,是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。

三相电主要用于工业生产,作为电动机的电源,即需要转动的负荷。因为三相电的三个相位差均为120度,转子不会发生卡住现象。

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三相电源星形(Y)连接时,电压的相量图如上图所示。从相量图可以看出:线电压和相电压间的数值关系可由等腰三角形中求得。U、V间线电压:

\[ U_{UV}=2\times U_U\times \frac{\sqrt{3}}{2}=\sqrt{3}U_U \]

三相电特点

  • 三相电都是火线,摸那一条都不成,两根之间是380V
  • 三相电可以接电机,三根同时进入电机,有星形接法和三角形接法。
  • 随便两根的电压是380V而不是220V。
  • 可以任何一根火线与零线构成220V使用,就是我们通常说的市电,但为了三相电的平衡,建议如果可能都接相应的负载是最好的。
  • 中性线一般是用来在三相负荷不平衡时,来导通不平衡电流的。

零线是变压器中性点引出的线路,与相线构成回路对用电设备进行供电,通常情况下,零线在变压器中性点处与地线重复接地,起到双重保护作用.电压是两点间电位差,地线是作为电路电位基准点的等电位体。

两相电与单相电

发电机发出的电源都是三相的,三相电源的每一相与其中性点都可以构成一个单相回路为用户提供电力能源。注意在这里交流回路中不能称做正极或负极,应该叫相线(民用电中称火线)和中性线(民用电中称零线)。

单相电,两相电,三相电是低压三相四线(380V/220V)供电系统中的谓称。

  • 单相表示中性线(零线)与任意相线(A,B,C)组成,电压为220V。
  • 两相表示任意两相线(AC,AB,BC)组成,电压为380V。
  • 三相表示互差120度的三相(A,B,C)线组成,3Φ380V。对电器负荷而言,三相有两种接法(星形和三角形)。

三相电的优点

  • 可以使用三个矢量间隔的电压,在马达中产生旋转磁场。从而可以在不需要额外绕组的情况下启动马达。
  • 三相系统可以连接到负载上,要求的铜缆连接数量(传输损耗)是其它方式的一半。
  • 从发电方面看,对于相同尺寸的发电机,采用三相交流电发电,发电机定子磁场最稳定,旋转磁场的最少相数, 其能量的转换效率最高,比单相的可以提高功率约50%
  • 从输电方面看,如果三相平衡的话,第4根线(中线)因为没有电流通过而能够省去,在输送同样功率的情况下,三相输电线较单相输电线,可节省有色金属25%,而且电能损耗较单相输电时少
  • 从配电方面看,三相变压器比单相变压器更经济,而且三相变压器更便于接入三相及单相两类负载
  • 在用电设备方面,三相笼型异步电动机具有结构简单,价格低廉,坚固耐用,维护使用方便,且运行时比单相电动机振动小等优点

三相电周边

供配电系统中的PE、N、PEN线分别表示:PE——保护线 N——中性线

PEN——三相四线系统的中性(N)与保护线(PE)是合一时,称PEN线,即保护接零。

Y型接法

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Y形接法的负载引线为三条火线、一条零线和一条地线,三条火线之间的电压为380V,任一火线对零线或对地线的电压为220V。

Y形接法用来为家庭和办公中使用的日常单相设备供电。单相负载连接到线路和中性线之间Y形的一条腿上。

每个相位的总负载尽可能多地共享,以便为主三相电源提供均衡负载。

Y形接法还可以为更高电压上更高的功率负载提供单相或三相电。

单相电压是相位到中性电压。另外还提供较高相间电压

三角形接法

三角形接法的负载引线为三条火线和一条地线,三条火线之间的电压为380V,任一火线对地线的电压为220V;三角形接法最常用的情况是为功率较高的三相工业负载供电。

然而,通过沿着变压器线圈进行连接或“分接”,可以从三相三角形电源中获得不同的电压组合。例如,在美国,240V三角形系统可以有分相或中心分接线圈,提供两个120V电源。为安全起见,中心分接点可以在变压器上接地。在中心分接点和三角形接法的第三条“高脚”之间,还提供了208V电压。

家用电器输入

判定电器是使用直流电,还是交流电的简便方法:看这个电器能否用电池。

  • 能用电池的,它就可以用直流电;
  • 不能用电池的,就使用交流电;
  • 特殊情况,先将交流电转变成直流电,然后再使用

常见电器按所用电流分类:

  • 使用交流电的电器:电冰箱、洗衣机、抽油烟机、电饭锅、空调、电热水器等。
  • 直接用直流电的电器:手电筒、小收音机、手机、MP3、电蚊拍等。
  • 将交流电经整流、变压后使用直流电的电器:电视机、微波炉、电脑、收录机、影碟机等。

相关名词释义:

  • 直流电:是指大小和方向都不随时间而变化的电流。
  • 交流电:交流电是指大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

地线和零线

零线是在供电端(发电厂、变电站、变压器)接地,或在入户前重复接地,是工作接地线,是输电线路的一部分,电流经电厂→火线→负载→零线反回电厂。

地线在用户端接地,和用电电器的金属外壳或人体可触部位连接,使机壳与大地等电位,保护人体不触电。

零线不与输电线路构成回路,正常情况下没有电流。注意两者的区别:

1.零线和地线这两个是不同的概念,不是一回事,千万别互换或混接。

2.地线的对地电位为零,是就近接地。

3.零线的对地电位不一定为零。零线是在最近的变电所接地,和本地的接地可能有一定的电位差。

4.零线有时候会电人。当火线有电,但设备不工作时,可能是零线断了,从断点靠近设备一端的零线都是带220V电的,和火线一样。

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保护接零→简单的来说就是在电源中性点接地的低压系统中,把电气设备的金属外壳、框架与中性点或接中干线(三相三线制电路中所敷设的接中干线)相连接。如果电气设备的绝缘损坏而搭壳,由于中性线的电阻很小,所以短路电路很大。很大的短路电流将使电路中的保护开关动作或使电路中的保护熔断器熔断,切断了电源,这时候外壳将不再带电,便没有触电的可能。

漏电保护开关

按照规定,380伏(三相)的民用电源的中性点是不应该在进户端接地的,供电方式是一根火线和一根零线(中性点引出线)构成回路,在单相三芯的电源插孔中还接有一根接地线,这是考虑到漏电保护器功能的实现

漏电保护开关的动作原理是:在一个铁芯上有两个组:一个输入电流绕组和一个输出电流绕组,当无漏电时,输入电流和输出电流相等,在铁芯上二磁通的矢量和为零,就不会在第三个绕组上感应出电势,否则第三绕组上就会感应电压形成,经放大去推动执行机构,使开关跳闸。

在UPS前面加漏电保护开关,尽管UPS无漏电现象,但由于各次谐波在铁芯中形成的磁通矢量和由于铁芯的磁滞作用而不能为零,于是就出现了类似漏电的假象,使漏电保护器频繁跳闸。

漏电将火线,次级用N匝输出去推动一个电磁机构,电磁机构动作则脱扣.原理是正常情况下火线和零线上的电流流进等于流出,所以感应出来的次级电压也为零,当火线或零线有一根线对地有接地电阻或短路,则 火线和零线上的电流出现电压差,通过次级感应出来,当到一定的差值就推动电磁机构脱开主回路。

如果有人体触摸到电源的线端即火线,或电器设备内部漏电,这时电流从火线通过人体或电器设备外壳流入大地,而不流经零线,火线和零线的电流就会不相等,漏电保护器检测到这部分电流差别后立刻跳闸保护人身和电器的安全,一般这个差流选择在几十毫安

如果把电源的中性点直接接地,漏电保护器就失去了作用,不能保护人身和电器设备的短路了。

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配电线制

在建筑供配电系统中采用的基本制式主要有三相三线制、三相四线制、三相五线制等。

接地接地形式分别为TT系统、TN系统、IT系统,其中TN系统分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种形式。

第一个字母表示电压端与大地的关系:T表示电源端与大地直接连接,I表示电压端与大地不连接或通过高阻抗与大地连接。

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系:T表示电气装置的外露可导电部分直接接地,不与电源端的接地点连接;N表示电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。

短横线(-)后的字母用来表示中性线N与保护接地线PN的组合情况:S表示中性线N和保护接地线PE是分开的;C表示中性线N和保护接地线PE是合在一起的。

TN供电系统又称保护接零系统,在这种系统中,电气设备的金属外壳与工作零线之间具有电气连接,一旦设备外壳带电,自动开关会反应故障电流而立即动作切断电源,是一种比较安全的供电方式。因此,这种供电方式在我国和其它国家得到了广泛应用。

工业10kv是三相三线供电的,经变压器后同样是三相四线制供电的,配电房到车间是三相五线制的。因为多了一根接地线。当然也使用三相四线制的供电方式。民用住宅供电使用三相五线制是为了安全考虑的。插座是必须要接地的。到个人用户里的进线是两相三线制(多了根地线)。

三相四线制中心线接地系统可能是TT系统,还可能是TN-C系统,区别是设备外壳接不接地(零)线,单独接地为TT,接地(零)线则是TN-C系统。

IT系统

在所有的供电系统中,IT供电系统最为安全可靠。由于IT系统电源不接地,当设备发生漏电时,流向大地的电流非常小,不会破坏电源电压平衡。所以IT系统即使发生漏电,用电设备依然能正常使用;人即使触摸到漏电设备也不会发生触电。

但是它的缺点很明显,那就是只适用于小范围供电。所以IT供电系统主要用于需要严格连续供电(不能轻易停电)的地方,比如医院手术室、地下矿井通风设备、缆车等。

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发电厂高压输电用三相三线(IT制系统)

TT系统

TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统,称为保护接地系统,又称TT系统。这种系统电源的中性点直接接地,用电设备和配电装置的金属外壳与大地直接连接,而与系统电源接地无关

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当电气设备的金属外壳因绝缘损坏而带电时,由于有接地保护,可以大大减少触电的危险性。但是当漏电电流比较少时,即使装设有漏电保护器也不会动作。因此TT系统难以推广,仅应用于一些原有系统中。

工厂用电之所以要用TT的三相四线制,是因为工厂有两种负载,动力负载和照明负载,而两种负载使用的电是不同的:动力负载一般使用380伏三相电,而照明负载一般使用220伏单相电,所以工厂的用户的电力变压器的低压绕组一般要接成星接法(三个绕组的线头引出来为三相火线,三个绕组的线尾接在一起引出来并且在变压器附近接大地并引出为零线。),三根火线是三相电,用来接马达,是380的动力电,任意一根火线与零线之间,接上电灯就亮,是220的照明电。安全措施采用的是保护接零,就是把机器铁座直接接到零线上,这种安全措施不存在“跨步电压”,是最安全的保护措施。

在TN方式供电系统中,根据其保护零线与工作零线之间的接线关系,可以分为以下三种类型。

TN-C系统

三相四线制PEN线规定距离内接地,在入户端就近接地,四线到达用电设备。节省了一根线!为了安全连接设备时要动些脑筋。对设备直接使用者有些迷茫!导线分为黄、绿、红、黄绿线。节省一根淡蓝线!

这种系统只适用于三相平衡,并且无易燃易爆的场合。如果三相不平衡,零线PEN就会带电,那么外壳就会带电,这是不安全的。一般工厂及小区都达不到要求,所以很少采用这种供电系统。

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TN-C-S系统

伪三相五线制,三相四线制PEN线规定距离内接地,在入户端就近接地,进入入户端后分为五线制到达用电设备。对设备直接使用者接线对号入座就可!导线分为入户端前为黄、绿、红、黄绿线、入户端后分为黄、绿、红、N淡蓝、PE黄绿线。节省入户端前的淡蓝线!

在变压器到总配电箱这一段采用4根线(3根相线+1根零线PEN),然后在总配电箱内把零线PEN接地,最后分出中性线N和地线PE,这样就有我们需要的5根线了。 因为变压器到总配电箱这一段比较长的距离采用4根线,比5根线节约了不少成本。

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如果房子是框架式结构,那么我们可以在靠近地面的地基/框架钢筋上引出导线作为接地体(因为钢筋混凝土是良好的接地体)。然后把入户线的零线接在框架钢筋上,再分出地线,这样三相五线就有了。

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入户线进来的PEN线有保护线作用,所以不允许断开,也就是入户线必须要先分出三相五线以后,N线才允许过开关。

TN-S系统

三相五线制,变压器输出三相五线制PE在规定距离内接地,入户端就近接地。五线制到达用电设备。对设备直接使用者接线对号入座就可!导线分为黄、绿、红、N淡蓝、PE黄绿线。最费材料的系统!

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不是TN-C系统节省一根线,而是TN-C-S系统TN-S系统多了一根线,以采用剩余电流漏电保护功能;剩余电流漏电保护功能和保护接零功能的区别利弊:1)保护接零是将漏电事故扩大转化为短路保护的保护措施;

住宅、商店、学校用电之所采用三相五线制,是因为这些场合大都是以照明为主的单相负载且无职业电工,火线与零线接反是常有的事情,特别是在使用自制的插排后,如果取电用的插头是一个双扁插头,插排上就无法保证每次都是规定的左零右火。

在这种情况下如果采取的是保护接零就会惹出人命的大麻烦:因为万一出现因自制插排引起的零火线倒错,保护接“零”就变为外壳接“火”,使整个机壳都带电!正因如此,这些场合的用电设备万万不可保护接零,只好采用安全性稍差的(有跨步电压)保护接地。

也就是除了零线是在用户变压器处接地之外,再专门接一根在楼层地基处接地的地线(那根黄色并且有绿条纹的线就是地线),所有大型铁壳用电设备,如空调、冰箱、洗衣机的外壳都使用半黄半绿色的电线接到三孔插头的中间那个长接线片上,其他两条再按右零左火接到三孔插头的两侧的另外那两个短接线片上(注意:插座上是左零右火,插头是右零左火),再配合总闸处的漏电保护,就很安全了。

电视机因为是遥控,又是绝缘很好的塑料外壳,就不用保护接地了,两根线的双扁插头就可以了,绝对不用担心触电。

查电表

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电表分为:机械表、普通电子表、磁卡电子表三种

一般规格为: 1.5(6)、5(20)、10(40)、15(60)、20(80)、30(100) (电压3×380/220V~)。

电表的负荷,可通过选配不同变比的电感线圈以达到使用要求。如:规格为3x1(2)A的电表配电感线圈使用,选电感线圈变比为1:50,则每相可承载的最大额定电流为100A。

一般来说,要求的功率表数量 = 线数 - 1

三相三线接法 - 两个功率表方法

在有三根线时,要求两个功率表测量总功率。根据图所示方法连接两相到功率表的电压端子。

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功率表1读数 = i1 (v1 - v3)

功率表2读数 = i2 (v2 - v3)

读数之和W1 + W2 = i1v1 - i1v3 + i2v2 - i2v3

  = i1v1 + i2v2 - (i1 + i2) v3

(根据基尔霍夫定律,i1 + i2 + i3 = 0, so i1 + i2 = -i3)

2个读数W1 + W2 = i1v1 + i2v2 + i3v3 = 总瞬时功率

三相三线接法 - 三个功率表方法

三线三个功率表的接法的优势在于,它指明每一个相的功率(这在两个功率表的接法中是不可能的)以及相到中线电压。

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三相四线接法

测量四线系统中的总功率要求三个功率表。测得的电压是真实的相电压。通过使用矢量数学运算,可以从相电压的幅度和相位中准确地计算出相间电压。现代电源分析仪也使用基尔霍尔定律,计算流过中线的电流。

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