第五章、三相交流电路

1、第五章、三相交流电路5.1三相交流电的产生教学目的：了解三相交流发电机结构及工作原理授课方式掌握三相对称交流电动势的特点及表示熟悉三相交流电的相序、意义及表示讲授及多媒体教学重点：三相对称交流电动势的特点授课对象三相交流电的相序教学难点：三相交流发电机结构及工作原理教 学 内 容 参 考 教 法复习引题：1直流电源种类；2单相正弦交流的产生（用于生活照明）3动力线路中交流电为三相交流电：三相交流电的产生定义：是三个单相交流电源以频率相同、最大值相同、相位分别相差1200方式组合起来的电源形式。复习提问开门见山一、三相交流电动势的产生简介三相电机模型：组成定子磁极、转子电枢定义绕组为励磁绕组，直

2、流电流形成磁场转子绕组为三相：U1U2、V1V2和W1W2，说明始端、末端；三绕组对应U、V、W相。强调彼此按夹角120°放置，当转子以逆时针旋转。产生对称三相电动势。二、对称三相电动势1定义：振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120°的三个电动势称为对称三相电动势。2对称三相电动势瞬时值的数学表达式为第一相(U相)电动势： e1=Emsinwt第二相(V相)电动势： e2 = Emsin(wt - 120°)利用多媒体介绍三相交流电产生投影图5-1说明结构可简介机械角度和电角度画波形图结合图说明超前240°与滞后120°关系及波形图画法 第

3、三相(W相)电动势： e3 = Emsin(w t - 240°)= Emsin(w t + 120°) 3波形图表示：见右图由波形图在任一时刻，有e1 + e2 + e3 = 0。 即在任一时刻，有三相对称交流电的电动势瞬时值之和为零。4有效值相量：画出相量图，利用相量合成法则得：结论：三相对称电动势的相量之和等于0。 三、相序1 定义：三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。分类：正相序：e1比e2超前120°，e2比e3超前120°，而e3比e1超前120°，称这种相序称为正相序或顺相序。 反相序：如果e1比e3超前120

4、6;，e3比e2超前120°，e2 比e1超前说明：e1、e2、e3对应工程U、V、W相120°，称这种相序为负相序或逆相序。2相序工程意义：是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出U相，用绿色标出V相，用红色标出W相。 3相序的测定：电力工程中用相序器测定。说明电机正、反转实现从应用的角度要求学生能注意电力系统中中关于颜色的规定及意义总结： 三相正弦交流电动势由三相交流电动机将其它形式的能转化来的三相对称交流电动势有最大值大小相等、频率相同、彼此相差点120°可用瞬时值表达式、波形图及相量形式表示。使用

5、三相交流电必须注意相序问题。三、应用举例：例：在三相交流对称电源中，已知其中一相电动势e1 = 311msin(314t + 30°)V，试写出其它两相电动势表达式，并画出有效值相量图。解：根据三相对称交流电动势有最大值大小相等、频率相同、彼此相差点120°特点：e2 = 311msin(314t + 30°+120°) =311msin(314t + 150°)Ve3 = 311msin(314t + 150°+120°) =311msin(314t - 90°)V根据交流电周期性画图说明超前270°与

6、滞后90°的关系根据表达式可得E = 220V根据相量画出相量图右图示根据相量图说明三电动势的相序： e1 超前e3 、e3 超前e2 和 e2 超前e1 、e1 超前e3是一致的。板书正相序：U-V-W、V-W-U、W-U-V反相序：V-U-W、W-V-U、U-W-V结合画波形图，加强学生的理解。学生练习：三相交流对称电动势，已知其中一相电动势e1 = 7.07sin(wt + 90°)V，试写出其它两相电动势表达式，画出有效值相量图作业： Page 146: No 2 课堂讨论 Page 165: No 5.15.2三相电源的联接教学目的：授课方式熟悉掌握三相对称电源的

7、星形和三角形接法讲授掌握星形和三角形接法的线、相电压关系能利用星形和三角形接法的线、相电压关系进行相关计算教学重点：授课对象星形和三角形接法的线、相电压关系利用两种线、相电压关系进行相关计算教学难点：两种线、相电压关系进行相关计算应用教 学 内 容 参 考 教 法复习引题：1复习三相对称电源的特点。2由供电线路中存在着可以提供220V照明电压和动力中380V电压说明同样三相电源采用不同接法引入：三相电源的联接 提问一、 三相电源的接法分类：针对三相对称电源接法三相电源有星形(亦称Y形)接法和三角形(亦称 D 形)接法两种。三相电机的三绕组：U2-U1、V2-V1、W2-W1 ，三相绕组的末端U

8、2、V2、W2(相尾)连接在一点，始端U1、V1、W1(相头) 二、三相对称电源的星形(Y形)接法1接法与表示：将三相发电机三相绕组的末端U2、V2、W2(相尾)连接在一点，始端U1、V1、W1(相头)分别与负载相连，这种连接方法叫做星形(Y形)连接。相关术语：1火线：从三相电源三个相头U1、V1、W1引出的三根导线L1、L2、L3叫作端线或相线，俗称火线。2线电压：任意两个火线之间的电压叫做线电压。每一火线与中点间电压叫相电压。3 中点及零线：Y形公共联结点N叫作中点，从中点引出的导线叫做中线或零线。投影图5-5说明接法，名称、表示4 三相四线制：由三根相线和一根中线组成的输电方式叫做三相四

9、线制(通常在低压配电中采用)。5相电压：每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中线之间的电压)叫做相电压。表示为uU、uV、uW6线电压：任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压)叫做线电压，它们的瞬时值用uL1-2、uL2-3、uL3-1来表示2形接法线、相电压关系：1三相对称相电压：由于电动势为对称的，显然三个相电压uU、uV、uW也是对称的。相电压大小(有效值)均相等，表示为UU = UV = UW = UP2三相对称线电压：由形接法的相量图理解线电压间关系。说明：线电压等于对应两相电压之差即：uL1-2=uU - uVuL2-3= uV -uW uL3-1= uW -uV根据正弦

10、交流电瞬时值求和差可转化为有效值相量的和差求解投影上图5-6结论：三个线电压也是对称的。1大小(有效值)均相等为U L1-2 = U L2-3 = U L3-1 = UL =UP2相位关系：线电压比相应的相电压超前30°，如线电压u12比相电压u1超前30°，线电压u23比相电压u2超前30°，线电压u31比相电压u3超前30°。三、三相电源的三角形(形)接法1 接法：将三相发电机的第二绕组始端V1与第一绕组的末端 U2相连、第三绕组始端W1与第二绕组的末端V2相连、第一绕组始端U1与第三绕组的末端W2相连，并从三个始端U1、V1、W1引出三根导线分别与

11、负载相连，这种连接方法叫做三角形(形)连接。2线、相电压关系：结合电路说明uL1-2=uU 、uL2-3= uV 、uL3-1= uW 有 即线电压和对应相相电压相位同相线电压和相电压有效值大小相等UL = Up3注意事项：这种没有中线、只有三根相线的输电方式叫做三相三线制。特别需要注意：在工业用电系统中如果只引出三根导线(三相三线制)，那么就都是火线(没有中线)，这时所说的三相电压大小均指线电压UL；而民用电源则需要引出中线，所说的电压大小均指相电压UP。结合相量图说明分别求解三线电压投影图5-7说明四、应用举例：例1：已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为E = 220 V，试求：(1)

12、三相电源为Y形接法时的相电压UP与线电压UL；(2) 三相电源为 D 形接法时的相电压UP与线电压UL。解：(1) 三相电源Y形接法：相电压UP = E = 220 V， 线电压UL »Up = 380 V(2) 三相电源 D 形接法：相电压UP = E = 220 V， 线电压UL = Up = 220 V。例2：星形联接的三相对称电源线电压为380V，试以uU相为参照，分别写出uU 、uU 、uL1-2 、uL2-3、uL3-1 的表达式。 解：该题给出线电压有效值大小，由于星形接法，利用线相电压关系得：Up = 220 V 以uU相为参照，设其初相为0，角频率.有uU=311s

13、inwt VUV=311sin（wt+1200）VUW=311sin（wt-1200）VuL1-2=540sin（wt+300）VuL2-3=540sin（wt+1500）VuL3-1=540sin（wt-900）V各表达式见右侧五、学生仿照练习：已知三相交流电源的相电压为600V，接成星形，线电压多大？若已知U相初相为300,写出所有相电压和线电压的解析式。分析：本题除线、相电压大小关系外，理解每相电压相位差120°，设角频率；每线电压比对应相电压超前30°。总结：三相对称电源有星形和三角形联接两种方式，不同联接线相电压的大小及相位关系不一样，在分析应用中必须加以正确判断

14、和掌握正确理解星形和三角形接法在实际应用中很重要。作业： Page 148: No 2 课堂讨论 Page 165: No 5.35.3三相负载的连接教学目的：授课形式 1理解三相对称负载含义2掌握两种负载接法线电压、相电压间关系；线相电流间关系讲授3熟悉掌握两种接法的计算教学重点：授课对象两种负载接法线电压、相电压间关系；线相电流间关系教学难点：负载两种接法理解教 学 内 容 参 考 教 法复习：1何谓三相对称电源； 2三相电源两种接法及线、相电压提问、小结概括关系； 3低压供电线路中采用接法方式。引入三相电路中负载的接法：三相负载接法一、 单相与三相负载：单相负载：如电灯、电烙铁、电冰箱等

15、，接于一相线及零线间三相负载：如三相异步电动机、三相工业电炉，须接于三相电压才能正常工作的负载。二、 三相对称负载；定义：每一单相负载的阻抗及阻抗角均一致的三相负载。即复阻抗一致相等。否则：称不对称负载。以下下讨论均为对称负载。三相对称负载的接法同电源一样两种：星形和三角形接法三、负载的星形联结：1画图说明：三相负载的星形联结： 该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路，在这种电路中三相电源也是必须是Y形接法，所以又叫做YY接法的三相电路。2线、相电压关系： 不管负载是否对称(相等)，电路中的线电压UL都等于负载相电压UYP的倍，即 UL =UYP3线、相电流关系： 负载的相电流IYP等

16、于线电流IYL，即 IYL = IYP当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称(称为YY形对称三相电路)。即各相电流(或各线电流)振幅相等、频率相同、相位彼此相差120°。4中线电流： 根据对称电流中线电流为零。理论上中线可以去掉，即形成三相三线制电路。说明：对于对称负载，不必关心电源的接法，只需关心负载的接法。小结： 三相对称电路对称电源、对称负载中1线、相电流及线、相电压亦对称。2中线电流为零。非对称不为零，不能省利用KCL说明中线电流说明实际中线不能省且不能加装保险丝和和开关星形接法应用举例：1在负载作形联接的对称三相电路中，已知每相负载均为|Z|= 20

17、 W，设线电压UL = 380V，试求：各相电流(也就是线电流)。解：在对称形负载中，相电压相电流(即线电流)为三、负载的三角形联结画图说明Y-D接负载做 D 形联结时只能形成三相三线制电路。1 线、相电压关系： 不管负载是否对称(相等)，电路中负载相电压UDP都等于线电压UL，即 UDP = UL2 线相电流关系：当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为 线电流IDL等于相电流IDP的倍，即 说明对称电路计算时每相当作单相电路计算。求法同单相电路规律，由于对称仅此求一相即可画D-D简介线、相电压、电流小结：三相对称电路对称电源、对称负载中1线、相电流及线

18、即相电压亦对称。2线电压=相电压、线电流是倍相电流三角形应用举例：2在对称三相电路中，负载作 D 形联接， 已知每相负载均为|Z|= 50 W，设线电压UL = 380 V，试求各相电流和线电流。比较负载星形接法说明板书解：在 D 形负载中，相电压等于线电压，即UDP = UL，则相电流 四、练习提高：3三相发电机是星形接法，负载也是星形接法，发电机的相电压Up = 1000 V，每相负载电阻均为R = 50 kW，XL = 25 kW。试求：(1) 相电流；(2) 线电流；(3) 线电压。解题强调画图结合教材例5.6投影，学生练习，分析结论：同一三相负载在相同电源下和不同接法，Y和D接法电流

19、相差倍。应用：三相电动机采用Y-D换接是为降压，减小起动电流。解： (1) 相电流 (2)线电流 IL = IP = 17.9 mA(3)线电压 UL =UP = 1732 V五、总结：通过本节的学习要理解三相对称负载含义，掌握两种负载接法线电压、相电压间关系；线相电流间关系。作业:Page165 No5.4、5.65.4三相电路的功率教学目的：授课形式1掌握三相交流电路中有功功率、无功功率及视在功率2理解三功率与单相功率关系讲授3会进行相关功率的计算教学重点：授课对象三相交流电路中有功功率、无功功率及视在功率功率的计算教学难点：教 学 内 容 及 备 注复习：1三相交流负载电路中不同接法中线

20、、相电流及电压间关系提问：并要求学生画图2单相交流电路中有功功率、无功功率及视在功率定义3引入:三相电路的功率板书新授：一、 三相交流电路中有功功率、无功功率、视在功率：定义：三相电路的功率等于各相功率的总和。三相负载的有功功率等于各相有功功率之和，即P = PU + PV + PW三相负载的无功功率等于各相无功功率之和，即Q = QU + QV + QW三相负载的视在功率等于各相视在功率之和，即S = SU + SV + SW分析：在对称三相电路中，无论负载是星形联结还是三角形联结，由于各相负载相同、各相电压大小相等、各相电流也相等，所以三相功率为 P=3PP Q=3QP S=3SP二、 功率公式：1 相电压、电流功率公式： 有功功率： 无功功率： 视在功率： 其中 j 为对称负载的阻抗角，也是负载相电压与相电流之间的相位差。三相电路的功率因数为2 线电压、电流功率公式：分负载两种接法 1负载星形接法：UL =UYP IYL = IYP 2负载星形接法：UDP = UL 分别代入相电流、电压表达式有： 有功功率： 无功功率： 视在功率：复习j求法提问阻抗角的求法，及功率因素的意义及提高