1、15 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 (120)的单相交流电源按规定的方23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
2、与三相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。2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
3、线之间），负载可得到的电压，用 UP 表示。其正方向规定由绕组始端指向末端，其瞬时值表达式为uU = UPsin t2uV UP sin ( t )3uW UP sin ( t )2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3UL 表示，其瞬时值表达式为uUV uU uVuVWuV uWuWUuW uU用矢量法进行计算UUVUU UVU VWUV UWUWUUW 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相电压和线电压关系UU
4、V UU3UVW UV3UWU UW3或U L U P3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 。各316线电压的相位差亦是 （120 ）。23（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 220V380 V3 34【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。33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。5【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
6、划用电。【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。6两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、i V、i W。5相电流：在图 5.5（a）电路图中，流经负载的电流 iUN 、i VN 、i WN。当负载作
7、星形联结时，线电流等于相电流，即iU = iUN，i V = iVN，i W = iWN或iLiP相电流与对应相电压之间的夹角 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， ， |UNZI|VNI|WNZUI|arcosUR7|arcosVVNZR|W中性线电流为线电流（或相电流）的矢量和 NVUNVUNIII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
8、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 380V，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
9、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8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UViWUi电流 、 、 是不相等的。UiVWi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
10、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3IL= IP3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。若三相电动机每相绕组的电阻为 6 ，感抗为 8 9，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 22L86XR（1）当绕组按星形联结时，由UL = UP3可得相电压为UP = V = 220 V380相电流和线电流为IL =IP = A = 22 A102|Z（2）当绕组按三角形联结时，每相绕组得到
11、的是电源线电压，即UPU L380 V相电流为IP A38 A1038|Z线电流为I L I P = 38 A65.8 A3 3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 。3182即三角形联结是星形联结相电流的 倍。3（2）星形联结时线电流为 22 A，三角形联结时线电流为 65.8 A，其比值为 。即三角1.652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：U L UP ，I LIP。32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
12、在各相负载上。3三相对称负载星形联结时：U LUP，I L IP。3【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。10【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、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 P3sincoIUSQ另外， L3sincoIS11
13、例 5.3 三相对称负载，每相的电阻为 6 ，感抗为 8 ，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 | 10 22L86XR（1）星形联结时，负载的相电压为UP V220 V30L相电流和线电流关系为ILIP A22 A102|Z负载功率因数cos 0.6106|R所以星形联结时三相总有功功率为P U LI Lcos 380220.6W8.7kW3 3（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 A38 A1038|Z负载的线电流为IL = I P 38 A
14、65.8 A3 3负载功率因数不变，仍为 cos 0.6。三角形联结时三相总有功功率为P3UP IP cos=3380380.6 W26.1 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P3UP I P cos U LI Lcos 312Q3 UP I P sin U L I L sin 3S3 UP I P U L I L3 2Q式中 为 每相负载的功率因数角。【五、习题】二、选择题：4；四、计算题：2。
