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1、5三相正弦交流电路【课题】5.1三相正弦交流电源【教学目标】知道三相电源的概念。【教学重点】1三相交流电源的概念。2三相四线制供电方式。【教学难点】三相四线制供电线电压与相电压关系及矢量图。【教学过程】【一、复习】1单相正弦交流电基本概念。2正弦交流电旋转矢量表示法。【二、引入新课】从理论上讲，把三个单相正弦交流电按一定方式连接起来，就可以构成三相交流电源，但实际工作中，它是由三相交流发电机产生的。【三、讲授新课】5.1三相正弦交流电源1三相交流电源：三个幅值相等、频率相同、相位互差 p( 120 )的单相交流电源按规定的方式组合而成的电源。2三相交流电路（简称三相电路）：由三相交流电源与三相
2、负载共同组成的电路。3星形联结（也称为Y形联结）：连接方式如图5.1所示。电源对外有四根引出线，这种供电方式称为三相四线制。图5.1三相电源的星形联结4中性点：在图5.1所示三相四线制供电电源中，将三个绕组的末端U2、V2、W2连接在一起的点。实际应用中常将该点接地，所以也称为零点。5中性线：从中性点（或零点）引出的导线，也称零线、地线。用字母N表示。6相线（端线）：三个绕组的始端引出的导线，也称火线。分别用字母U1、V1、W1表示。7三相三线制：如果只将三相绕组按星形联结而并不引出中性线的供电方式。8相电压：将负载连接到每相绕组两端（即连接在端线和中性线之间），负载可得到的电压，用UP表示。
3、其正方向规定由绕组始端指向末端，其瞬时值表达式为uU =UP sin w tuV = UP sin ( w t -p )uW = UP sin ( w t -p )其波形图和矢量图如图5.2所示。（a）波形图 （b）矢量图图5.2三相电源相电压波形和矢量图9线电压：将负载连接到两相绕组端线之间（任意二根端线之间），负载得到到的电压，用UL表示，其瞬时值表达式为uUV = uU - uVuVW = uV - uWuWU = uW - uU用矢量法进行计算UUV = UU UVU VW = UV UWUWU = UW UU矢量图如图5.3所示。图5.3三相电源相电压、线电压的关系10相电压和线电压
4、关系UUV = UUUVW = UVUWU = UW或U L= U P结论：（1）三个线电压有效值相等，都等于相电压的倍，在相位上分别超前对应的相电压 p。各线电压的相位差亦是 p（120）。（2）三相四线制供电方式，不但相电压对称，而且线电压也是对称的。例5.1三相四线制供电系统，已知相电压为220 V，试求线电压为何值？解 UL = UP = 220V = 380 V【四、小结】1三相交流电源是指三个频率相同、最大值相同、相位互差120o的单相交流电源按一定方式组合成的电源系统。2三相交流电源的三相四线制供电系统可提供两种等级的电压：线电压和相电压。其关系为：UL = U P，各线电压超前
5、对应的相电压30o。3线电压：任意两根端线之间的电压。4相电压：任意一根端线与中性线之间的电压。【五、习题】三、填空题：1、2。【课题】5.2三相负载的连接【教学目标】解释三相交流电路中三相负载的星形联结和中性线的作用。描述三相交流电路中三相对称负载的三角形联结。【教学重点】1三相负载星形联结。2中性线的作用。【教学难点】1中性线的作用。2三相负载三角形联结分析。【教学过程】【一、复习】1三相交流电源的概念。2相电压和线电压的概念及相互关系。【二、引入新课】三相交流电路可分成三相交流电源系统和三相交流负载系统。企业供电时应重点考察其三相交流负载的情况，只有这样才能安全供电、节约用电和计划用电。
6、【三、讲授新课】5.2.1三相负载星形联结及中性线作用1三相负载：由三相电源供电的负载。2三相对称负载：它们的每一相阻抗是完全相同的（例如三相交流电动机）。3三相不对称负载：它们的每一相阻抗是不相等的（例如家用电器和电灯，这类负载通常是按照尽量平均分配的方式接入三相交流电源）。三个单相负载分别连接在对应相电压上，采用的是三相四线制供电方式。两类三相负载星形联结接线图如图5.4所示。图5.4三相负载星形联结4线电流：在图5.5（a）电路图中，三根端线上的电流iU、iV、iW。5相电流：在图5.5（a）电路图中，流经负载的电流iUN 、iVN 、iWN。当负载作星形联结时，线电流等于相电流，即iU
7、 = iUN，iV = iVN，iW = iWN或iL = iP相电流与对应相电压之间的夹角 j 由负载的性质决定，假设各相负载阻抗相等，性质相同（称为对称负载）可得矢量图，如图5.5（b）所示。（a）三相四线制星形联结 （b）矢量图图5.5三相负载星形联结电路图和矢量图在图5.5（b）所示矢量图中，相电压与相电流的关系为 ， 中性线电流为线电流（或相电流）的矢量和对于三相对称负载，在对称三相电源作用下，三相对称负载的中性线电流等于零。对于电流是瞬时值，三相电流的代数和也为零，即 iN = iU + iV + iW = 0对称负载下中性线便可以省去不用。电路变成如图5.7所示的三相三线制星形联
8、结。图5.7三相三线制星形联结三相负载不对称的情况举例：图5.8为一般的生活照明线路，此时的负载为三相不对称负载的星形联结，所以其中性线电流不为零，那么中性线也就不能省去，否则会造成负载无法正常工作。图5.8中性线的作用在图5.8中，若线电压为380 V，中性线连接正常，虽然各相负载不对称，它们仍然能够正常工作。如果没有中性线，就变成U相和V相白炽灯串联后连接在线电压UUV上，V相白炽灯所分得的电压超过其额定值220V而特别亮，而U 相白炽灯所分得的电压会低于额定值而发暗。若长时间使用，会使V相白炽灯烧毁，进而导致U相白炽灯也因电路不通而熄灭。在三相四线制供电线路中，中性线上不允许安装熔断器等
9、短路或过流保护装置。5.2.2对称负载的三角形联结图5.9（a）、（b）为对称负载三角形联结图和电路图。（a）联结图 （b）电路图图5.9三相负载三角形联结每相负载两端得到的都是电源线电压，而各相负载中流经的相电流、与对应的线电流、是不相等的。假设负载对称并都为感性，可得如图5.10所示的矢量图。图5.10对称负载三角形联结时矢量图在图5.10中，三相负载的相电流互差120o，所得到的三个线电流也是对称的，并且在数值上线电流是相电流的倍，即IL= IP例5.2三相交流电动机的定子绕组可看成是三相对称负载，正常运行在三角形联结的电动机常采用星形联结起动，以达到降低起动电流的目的。若三相电动机每相
10、绕组的电阻为6 W，感抗为8 W，电源线电压为380 V。试比较两种联结相电流和线电流。解电动机每相绕组的阻抗值为|Z| = =10 （1）当绕组按星形联结时，由UL = UP可得相电压为UP = V = 220 V相电流和线电流为IL =IP = A = 22 A（2）当绕组按三角形联结时，每相绕组得到的是电源线电压，即UP = U L = 380 V相电流为IP = A = 38 A线电流为I L = I P = 38 A = 65.8 A可见：（1）星形联结时相电流为22 A，三角形联结时相电流为38 A，其比值为。即三角形联结是星形联结相电流的倍。（2）星形联结时线电流为22 A，三角
11、形联结时线电流为65.8 A，其比值为。即三角形联结是星形联结线电流的3倍。所以三相交流电动机采用星形起动、三角形运行的工作方式，可以有效减少起动电流。【四、小结】1三相负载星形联结时：UL = UP ，IL = IP。2中性线不能开路，更不允许安装熔断器和开关，同时负载应尽量平均分配在各相负载上。3三相对称负载星形联结时：UL = UP，IL = IP。【五、习题】一、是非题：1、2；二、选择题：1、2、3；三、填空题：3；四、计算题：1。【课题】5.3三相电功率【教学目标】了解三相电电功率的概念。【教学重点】三相电路电功率分析与计算。【教学难点】三相电路电功率分析与计算。【教学过程】【一、
12、复习】单相交流电路有功功率、无功功率和视在功率的概念及计算公式。【二、引入新课】三相交流电路功率的计算是一个比较复杂的问题，在本节内容中只介绍较容易的对称负载三相交流电路功率的计算。【三、讲授新课】5.3三相电功率三相负载对称时另外，例5.3三相对称负载，每相的电阻为6 W，感抗为8 W，接入线电压为380 V的三相交流电源。试比较星形联结和三角形联结两种接法时消耗的三相电功率。解每相绕组的阻抗为| Z | =W = 10 W（1）星形联结时，负载的相电压为UP = V = 220 V相电流和线电流关系为IL = IP = A = 22 A负载功率因数cos j = = 0.6所以星形联结时三
13、相总有功功率为P = U LI Lcos j = 380 22 0.6 W = 8.7 kW（2）若改为三角形联结，负载的相电压等于电源的线电压UP= U L = 380 V负载的相电流为IP = A = 38 A负载的线电流为IL = I P = 38 A = 65.8 A负载功率因数不变，仍为cos j = 0.6。三角形联结时三相总有功功率为P = 3UP IP cos j = 3 380 38 0.6 W = 26.1 kW可见，同样的负载，三角形联结消耗的有功功率是星形联结时有功功率的3倍。无功功率和视在功率也都是如此。既然负载消耗的功率与联结方式有关，要使负载正常运行，必须正确地连接电路。显然在同样电源电压下，错将星形联结接成三角形联结，负载会因3倍的过载而烧毁；反之，错将三角形联结的接成星形，负载也无法正常工作。【四、小结】无论星形联结或三角形联结，对称三相负载的功率均为P = 3UP I P cos j = U L I L cos jQ = 3 UP I P sin j = U L I L sin jS = 3 UP I P = U L I L =式中j为每相负载的功率因数角。【五、习题】二、选择题：4；四、计算题：2。