1、第 5 章 供电与用电 练习与思考 5.1.1 三相电源星形联结时，如果误将 X、 Y、 C 连接成中性点，是否可以产生对称三相电压？ 答：不能产生对称相电压。 5.1.2 三相电源星形联结时，设线电压 3 8 0 2 sin ( 3 0 )ut ，试写出相电压 U 。 如果三相电源三角形联结，则相电压 U 等于多少？ 答： 三相电源星形联结时 ， 220 0AU ； 如果三相电源三角形联结 ，380 30AU 。 5.1.3 三相电源三角形联结时，如果第三相绕组接反即 C 和 Z 接反，通过相量图分析回路中的电压。 答： 三相电源三角形联结时，如果第三相绕组接反即 C 和 Z 接反 相量图如
2、下所示，可见三相电压之和为两倍相电压，使得回路中电流很大，容易烧毁电机。 5.1.4 为什么三相电源通常都采用星形联结？ 答：实际电源的三相电动势不是理想的对称三相电动势，所以三相电源通常都接成星形，而不接成三角形。 5.2.1 为什么电灯开关一定要接在端线上？ 答： 电灯开关 如果接在中线上，开关断开，则中性线被断开，不对称负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高，可能超出负载的额定电压。中性线能保证星形联结三相不对称负载的相电压对称。 5.2.2 三相四线制电路中，中性线上是否可以接熔断器？为什么？ 答： 三相四线制电路中，中性线上 不能 接熔断器 ，因为要保证负载相电压的对
3、称性。 5.2.3 三相负载对称是指下述哪一种情况：（ 1） Z Z ZA B C；（ 2） A B C ；（ 3） Z Z ZA B C 。 答： 三相负载对称是指 第（ 3） 种情况 。 5.2.4 在对称三相电路中，负载以星形方式联结，下列表达式哪些是正确的： （ 1）l UI PZ；（ 2） ll UI Z；（ 3） lUI P Z；（ 4） UI PP Z；（ 5） 3lUU P ；（ 6） 3 lUUP ；（ 7） lUU P ；（ 8）3lUU P。 如果负载以三角形方式联结，结果又如何？ 答： 在对称三相电路中，负载以星形方式联结 ，表达式（ 1）（ 4）（ 5）（ 8）是正确
4、的。如果负载以三角形方式联结， 表达式（ 3）（ 4）（ 7）是正确的。 5.3.1 在计算三相对称负载功率的公式中，功率因数角 的 含义是什么？ 答： 在计算三相对称负载功率的公式中，功率因数角 的 含义是 负载阻抗角，也是负载相电压超前相电流的角度。 5.3.2 一般情况下， 1 2 3S S S S 是否成立？为什么？ 答：一般情况下， 1 2 3S S S S 不成立。因为：2 2 2 2 2 2 2 2 2 21 2 3 1 2 3 1 1 2 2 3 3= + + + + + + + + + +S P Q P P P Q Q Q P Q P Q P Q （ ） （ ） 5.3.3
5、在相同的线电压作用下，同一台异步电动机 按 星形联结所获得的功率是 按 三角形联结所获得功率的几倍？ 答： 在相同 的线电压作用下，同一台异步电动机 按 星形联结所获得的功率是 按 三角形联结所获得功率的 1/3 倍。 例 5-5 结果比较可知，三角形联结方式下电源输入的功率是星形联结方式的 3 倍。 5.3.4 三相对称负载作三角形联结，已知电源线电压 380lU V ，测得线电流 15lI A ，三相功率 8.5kP W ，则该三相对称负载的功率因数为多少？ 答： 该三相对称负载的功率因数为 0.86。因为： 3 c o s8 . 5 kc o s = = = 0 . 8 63 3 3 8
6、 0 1 5llllP U IPUI5.3.5 测量对称负载的三相功率时，用一表法和两表法都可以，试分析哪种方法更准确，为什么？ 答：测量对称负载的三相功率时，两表法更准确，因为实际对称三相负载由于参数的误差不完全对称。 5.4.1 电力系统有哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：通常把产生电能的发电厂、输送电能的电力网和使用电力的用户组成的统一整体，称为电力系统。 5.4.2 试分析低压供电系统中两种不同接线方式的特点。 答：放射式供电线路不会因其中某一支线发生故障而影响其他支线的供电，供电的可靠性高，而且 也便于操作和维护。但配电导线用量大，投资费用高。在用电点比较分散，而每个用电点的用
7、电量较大，变电所又处于各用电点的中央时，采用这种供电方式比较有利。 树干式供电线路一旦某一干线出现故障或需要检修时，停电的面积大，供电的可靠性差。但配电导线的用量小，投资费用低，接线灵活性大。在用电点比较集中，各用电点居于变电所同一侧时，采用这种供电方式比较合适。 5.5.1 为什么中性点接地的系统中不采用保护接地 ？ 答： 根据环境和实际情况的限制，我们的零线接地电阻不能无限的减小，所以一般在没有特殊要求的情况下，规定工 作零线的接地电阻不能大于 4 欧姆。按照规定，保护接地的接地电阻一般也是不能大于 4 欧姆。那么在这种情况下，如果有一设备发生了接地故障，且接地电流不足以使故障相的保险（或
8、开关）熔断（跳闸），这时接地电流就会通过设备外壳 保护接地接地体 变压器工作零线接地体 故障相绕组形成一个回路。由于两侧的接地电阻都是 4 欧姆，就像两个等组织电阻的串联，根据欧姆定律我们可知，这时就会在地和设备的外壳上有一个 110V 的理论压降，已经远远的超出安全电压的范围。这时候如果有人触及到设备的外壳就会发生触电，造成人身伤害事故。所以在三相四线 制中性点直接接地的供电系统中，必须使用 TN C（工作零线与保护零线分开）或者使用 TN C S（部分区域工作零线与保护零线公用，部分区域分开）的保护措施。 5.5.2 为什么中性点不接地的系统中不采用保护接零？ 答： 中性点不接地的供电系统
9、为 IT 系统，此系统没有零线更没有 PE 线， 所以 不能采用 保护接零。 5.5.3 在同一个供电系统中，能否同时采用保护接零和保护接地？ 为什么？ 答： 在同一个供电系统中， 不能 同时采用保护接零和保护接地。 如果在同一 供电系统 中，有的 电气设备 采用 接地保护 ，有的 电气设备 采用 接零保护 ，当采用 保护接地 的某一 电气设备发生漏电，保护装置又未及时动作时， 接地电流 将通过大地流回 变压器 中性点 ，从而使零线电位升高，导致所有采用 保护接零 设备的外壳都带有 危险电压 ，严重威胁 人身安全 。 5.6.1 静电有什么危害？ 答： 静电的不断积累会形成对地或两种带异性电荷
10、体之间的高电压，这些高电压有时可高达数万伏。这不仅会影响生产、危及人身安全，而且静电放电时产生的火花往往会造成火灾和爆炸。 5.6.2 防止静电的措施有哪些？ 答：防止静电的措施有接地、静电中和、泄露。 习题 5-1 有一三相对称负载，其每相的电阻 R 8 8R，感抗 6X ， 如果将负载联结成星形接于线电压为 380V 的三相电源上，试求相电压、相电流及线电流。 解： = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 2 2 0 1 2 0U V U V U V BC设 ， 则 ； 2 2 0 0 2 2 0 0 2 2 5 3 .1 38 + j 6 1 0 5 3 .1 3UI A A
11、Z 2 2 1 7 3 . 1 3 ; 2 2 6 6 . 8 7I A I A C 星 形 联 结 负 载 线 电 流 等 于 相 电 流 。 5-2 某幢楼房有三层，计划在每层安装 10 盏 220W、 100W 的白炽灯，用 380V 的三相四线制电源供电。 （ 1）画出合理的电路图； （ 2）若所有白炽灯同时点燃，求线电流和中性线电流； （ 3）如果只有第一层和第二层点燃，求中性线电流。 解：（ 1） 电路图 如下所示： （ 2） 若所有白炽灯同时点燃 ，则线电 流等于相电流，为 1 0 0 5 0002 2 0 1 1501201150120110ABCNI A AIAIAIA （
12、3）如果只有第一层和第二层点燃 500115012011050+ = 6 011ABCN A BIAIAIAI I I A 5-3 用线电压为 380V 的三相四线制电源给照明电路供电。白炽灯的额定值为 220V、100W，若 A、 B 相各接 10 盏， C 相接 20 盏。 （ 1）求各相的相电流和线电流、中性线电流；（ 2）画出电压、电流相量图。 解：电路图如下所示： = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 2 2 0 1 2 0U V U V U V BC设 ， 则 ； 1 0 0 5= 2 2 0 1 1PP U I I A A由 知 ， 每 盏 白 炽 灯 的 电 流
13、为 : 5 5 01 0 0 01 1 1 150120111001201150+ + = 1 2 011ABCN A B CI A AIAIAI I I I A 线 电 流 等 于 相 电 流（ 2） 电压、电流相量图 如下所示： 5-4 上题中， 1）若 A 相输电线断开，求各相负载的电压和电流； 2）若 A 相输电线和中性线都断开，再求各相电压和电流，并分析各相负载的工作情况。 解：（ 1）若 A 相输电线断开 ，电路图如下所示： = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 2 2 0 1 2 0U V U V U V BC设 ， 则 ； 1 0 0 5= 2 2 0 1 1PP
14、 U I I A A由 知 ， 每 盏 白 炽 灯 的 电 流 为 : 050120111001201150+ + = 3 1 5 011ABCN A B CIAIAIAI I I I A （ 2）若 A 相输电线和中性线都断开 ，电路图如下所示： = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 3 8 0 - 9 0U V U V U V B B C设 ， 则 ； 22 220= 48410048.424.2UPRRBC 由 知 ， 每 盏 白 炽 灯 的 电 阻 为相 负 载 为相 负 载 为038090 =5. 23 9048.4 + 24.25.23 900ABCNIAI A AI
15、AIA A 相 断 开 ， 中 性 线 也 断 开0380= 4 8 . 4 9 0 = 2 5 3 9 04 8 . 4 + 2 4 . 22 4 . 2 1 2 7 9 0ABBCCUVU I V VU I VBC 相 过 载 工 作 ， 相 欠 压 状 态5-5 一个三相电阻炉，每相电阻为 10 , ，接在线电压为 380V 的三相四线制供电线路中。试分别求电炉接成 Y 或 时消耗的功率。 220220= 2 2103 c o s 3 2 2 0 2 2 1 4 .5 2PPPVIAP U I k W 解 ： 负 载 Y 型 联 结 时 ， 相 电 压 为相 电 流 为 380380=
16、38103 c os 3 380 38 43.3PPPVIAP U I k W 负 载 联 结 时 ， 相 电 压 等 于 线 电 压 为相 电 流 为 5-6 图 5-36三相电路中，电源相电压为 220V，电阻 440R， C相另接有功率为 220W、功率因数 cos cos 0.5 =0.5 的阻抗 Z。求电流 I 。（设 220 0U V） 图 5-36 习题 5-6 图 = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 2 2 0 1 2 0U V U V U V BC解 ： 设 ， 则 ； I R 1I A N C B Z R R 122122 2 0 1 2 00 .5 1 2
17、 04402202c o s 2 2 0 0 .5c o s 0 .5 , = 6 02 6 03+ = 0 .5 1 2 0 + 2 6 0 ( - 0 .2 5 + j + 1 + 3 )453( 0 .7 5 j ) 2 .2 9 7 0 .8 94CCCC C CI A API A AUIAI I I A j AA 则（ ）5-7 对称三相负载三角形连接，已知电源相电压 PU =220V，负载电阻 22LR ，传输线阻抗忽略不计。则线电流 LI 等于多少？ 380380= 1 0 322= 3 0PlVIAIA解 ： 相 电 压 等 于 线 电 压 为相 电 流 为线 电 流 为5-8
18、 图 5-37 对称的 Y-Y 三相电路，电压表的读数为 1732V， Z=（ 30+j40） ， Zl=（ 10+j20）。求电流表的读数和线电压 UAB。 图 5-37 习题 5-8 图 ,PlUU解 ： 设 相 电 压 为 则 线 电 压 为 =| | | 4 0 6 0 | 1 0 5 21 0 5 5= | |=1 0 5 2 5 215= 3 = = 1 7 3 2 V52= 3 2 2 4 .8= 5 5 8 5 .53 2 2 4 .8= 4 4 .7 21 0 5 2P P PAlA N A P PA B A N PPABAU U UIZ Z jU I Z U UU U UU
19、VUVIA 相 电 流 大 小 为负 载 端 相 电 压 大 小 为负 载 端 线 电 压 大 小 为电 源 相 电 压 为电 源 线 电 压 为电 流 表 读 数 即 为 相 电 流 大 小5-9 图 5-38 对称三相电路中， Zl=（ 1+j2） , (1 2 ) , ( 2 2 )Z l j Z j ，电压表的读数为 173.2V 。求端线电压 ABU 及负载吸收的总功率。 ,PlUU解 ： 设 相 电 压 为 则 线 电 压 为 pp=| | | 3 4 | 522= | |=526= 3 = = 1 7 3 .2 V5= 1 7 6 .7 7= 3 0 6 .1 8= 3 U I
20、c o s2 2 1 23 1 7 6 .7 7 1 7 6 .7 7 7 4 9 95 5 2P P PAlA N A PA B A N PPABU U UIZ Z jU I Z UU U UUVUVPWW 相 电 流 大 小 为负 载 端 相 电 压 大 小 为负 载 端 线 电 压 大 小 为电 源 相 电 压 为电 源 线 电 压 为负 载 总 功 率 为5-10 在不对称三相四线制电路中的端线阻抗为零，对称电源端的线电压 380V，不对称的星形联结的负载分别是 ZA=（ 3+j2） ， ZB=（ 4+j4） ， ZC=（ 2+j1） 。求： （ 1）当中性线阻抗 ZN=（ 4+j3）
21、 时的中性点电压、线电流和负载吸收的总功率； （ 2）当 ZN=0 且 A 相开路时的线电流； （ 3）中性线断开即 ZN=时的线电流。 图 5-38 习题 5-10 图 = 2 2 0 0 = 2 2 0 1 2 0 = 2 2 0 1 2 0U V U V U V BC解 ： 设 ， 则 ； （ 1）当中性线阻抗 ZN=（ 4+j3） 时 1 1 1 1;= c o s c o s c o sA B CA B C NA B CA B CA A B B B BA B C A A B B C CU U UZ Z ZUZ Z Z ZU U U U U UI I IZ Z ZU I Z U I Z
22、 U I ZP P P P U I U I U I BCNN N N B N N C N NA N B N C NA N B N C N解 ：线 电 流 等 于 相 电 流 ， 为； ；相 电 流 为负 载 吸 收 的 总 功 率 为（ 2）当 ZN=0 且 A 相开路时 00;= 0 c o s c o sA B CBCA A B B B BA B C B B C CUUUI I IZZU I Z U I Z U I ZP P P P U I U I NNBCA N B N C NBC线 电 流 等 于 相 电 流 ， 为 ； ；相 电 流 为负 载 吸 收 的 总 功 率 为（ 3）中性线断开即 ZN=时
