电工基础（第5版） 第6章三相交流电路教案

《电工基础（第5版）》第6章教案第6章三相交流电路【知识目标】了解三相交流电的概念，理解相序的概念。了解三相电源星形连接的特点，了解我国电力系统的供电制。掌握三相对称负载星形连接、三角形连接的特点。【技能目标】会应用三相对称负载星形、三角形接法的特点分析三相交流电路。会应用三相交流电知识分析和解决实际问题。 【参考学时】12学时6.1三相交流电基础知识【教学目标】●理解三相对称电动势，会识别三相电源的相序。●认识三相三线制和三相四线制供电系统，掌握线电压与相电压的关系。【教学重点】三相交流电源的相电压与线电压关系【教学难点】三相交流电源的相电压与线电压关系【参考学时】2学时【教学过程】一、任务导入列举三相电路实例，让学生认识三相交流电，激发学生学习兴趣。二、任务实施1.认识三相交流电源如图所示是实训室常用的三相四线制电源及电源插座。三相四线制电源及电源插座三相交流电是通过三相交流发电机获得，如图（a）所示。三相交流发电机与单相交流发电机的结构相似，由定子和转子组成。当转子匀速旋转时，3个绕组由于切割磁感线而产生3个不同相位的三相交流电，如图（b）和（c）所示。（a）简单三相交流发电机（b）三相交流电的波形图（c）三相交流电的矢量图三相交流电在工程上，最大值相等、频率相同、相位互差120°的三个正弦电动势，称为三相对称电动势。各相电动势的瞬时值表达式为 三相对称电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值（或零值）的先后次序，称为相序。三个电动势按顺时针方向的次序到达最大值（或零值），即按U−V−W−U的顺序，称为正序或顺序；若按逆时针方向的次序到达最大值（或零值），即按U−W−V−U的顺序，称为负序或逆序。2．认识三相电源的连接将三相发电机绕组的三个末端U2、V2、W2连接成公共点，三个首端U1、V1、W1分别与负载连接，这种连接方式称为星形连接，用符号“Y”表示。三个末端U2、V2、W2连接成的公共点称为中性点（中点）或零点，用符号“N”表示，从中点引出的导线称为中性线（中线）或零线，一般用黑色线或白色线；从三相绕组首端引出的三根导线称为相线或火线，分别用符号“U、V、W”表示，用黄、绿、红三种颜色区分。由三根相线和一根中线组成的供电系统称为三相四线制供电系统，用符号“Y0”表示，通常在低压配电系统中采用；在高压输电系统中，通常采用只由三根相线组成的三相三线制供电系统，用符号“Y”表示。三相电源的星形连接三相四线制供电系统可输送两种电压，即相电压和线电压。相线与中线之间的电压，称为相电压。分别用符号“UU、UV、UW”表示U、V、W各相电压的有效值，通用符号用“UP”表示。相线与相线之间的电压，称为线电压。分别用符号“UUV、UVW、UWV”表示UV、VW、WV之间的电压有效值，通用符号用“UL”表示。线电压与相电压之间的关系为 =− =− =−由此作出相应的矢量图，如图所示。三相四线制电源电压矢量图线电压UUV与相电压UU之间的数量关系为 UUV=UU同理可得： UVW=UV UWU＝UW因此，线电压与相电压之间的数量关系为 UL=UP由矢量图还可以看出：线电压与相电压的相位关系为线电压超前相应的相电压30°。因此，相电压是对称的，线电压也是对称的。V相、W相电动势矢量图【例6.1】eV

=

380sin(

t

+

)V，按正序写出eU、eW的瞬时值表达式。V相、W相电动势矢量图【分析】先画出V相电动势的矢量图，再根据正序画出U相、W相电动势的矢量图，如图6.5所示，即可写出eU、eW的瞬时值表达式。解：由矢量图可知，eU、eW的瞬时值表达式为eU

=

380sinVeW

=

380sinV三、任务评价请将“三相交流电基础知识”的操作过程、收获体会及任务评价填入“任务评价表”。任务评价表课题6.1三相交流电基础知识班级姓名学号日期任务过程记录任务实施仪器仪表使用安全文明生产团队协作任务收获任务体会任务评价评定人评语等级签名自己评同学评老师评综合评定等级开始时间结束时间实际时间

6.2三相负载的连接【教学目标】●掌握三相对称负载星形、三角形连接的特点，掌握线电压与相电压、线电流与相电流的关系。●会计算三相对称交流电路。【教学重点】三相负载星形、三角形连接电路的电压与电流关系、功率计算【教学难点】星形连接电路中线的作用【参考学时】8学时【教学过程】一、任务导入列举三相负载星形联结实例，让学生认识三相负载星形接法、三角形接法电路，激发学生学习兴趣。二、任务实施1.三相负载的星形连接电路分析（1）连接方式FUFU三相负载有中线的星形连接电路图（2）电路特点三相负载作星形连接有中线时，每相负载两端的电压称为负载的相电压，用符号表示。负载的线电压与负载的相电压的关系为 UL= 三相电路中，三相电压是对称的，如果三相负载也是对称的，那么流过三相负载的各相电流也是对称的，即 =

Iu

=

Iv

=

Iw=各相电流的相位差仍是120。三相负载作星形连接时，线电流等于相电流，即 = 中线电流与相电流之间的关系为 =++由此作出相应的矢量图，如图所示。三相对称负载星形连接电流矢量图由矢量图可知：对称三相负载作星形连接时，中线电流等于零，即 IN

=

0 常用的三相电动机是三相对称负载，因此采用三相三线制电路。【例6.2】有3个电阻R

=

10，将它们星形连接，接到电压为380V的对称三相电源上，求相电压、相电流、线电流和中线电流。【分析】三相电路的欧姆定律是IP=，题中负载阻抗z

=

R=10，因此，要先求出相电压，才可求出相电流。解：对称负载星形连接时，负载的相电压 UP===220（V）流过负载的相电流 IP===22（A）线电流 IL

=

IP

=

22（A）因为负载对称，中线电流IN

=

0。(3)中线的作用当三相负载不对称时，各相电流的大小就不相等，相位差也不一定是120，中线电流就不是零了。此时，中线就绝对不能断开。【例6.3】把额定电压为220V，功率为100W、40W、60W的3个灯泡A、B、C分别接入三相四线制电源中，电源电压为380V，分别由开关SU、SV、SW控制，并在中线上接了开关SN，如图（a）所示。试分析：（1）开关SN、SU、SV、SW全部闭合时，灯泡A、B、C能否正常发光？（2）开关SW断开，开关SN、SU、SV闭合时，灯泡A、B能否正常发光？（3）开关SV、SW断开，开关SN、SU闭合时，灯泡A能否正常发光？（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，灯泡A、B能否正常发光？三相四线制电路图【分析】（1）开关SN、SU、SV、SW全部闭合时，每个灯泡两端的相电压为220V，它等于灯泡的额定电压为220V，因此，灯泡A、B、C能正常发光。（2）开关SW断开，开关SN、SU、SV闭合时，灯泡A、B两端的相电压仍为220V，因此，灯泡A、B能正常发光。（3）开关SV、SW断开，开关SN、SU闭合时，灯泡A两端的相电压仍为220V，因此，灯泡A仍能正常发光。（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，电路如图（b）所示，灯泡A、B串联接在两根相线上，即加在灯泡A、B两端的是线电压380V。灯泡A（100W）的电阻为 RB===484（）灯泡B（40W）的电阻为 RA===1210（）灯泡A（100W）两端的电压为 UA===109（V）灯泡B（40W）两端的电压为 UB===271（V）＞220V因此，灯泡A（100W）两端的电压小于220V，灯泡反而较暗；灯泡B（40W）两端因电压大于220V，可能因过热而烧毁，导致电路开路。在三相电路中，如果负载不对称，必须采用带中线的三相四线制供电，中线的作用是使不对称负载两端的电压保持对称，从而保证电路安全可靠地工作。三相四线制电路中线的干线上不准安装保险丝和开关，有时还采用钢芯线来加强其机械强度，以免断开。同时，在连接三相负载时，应尽量保持三相平衡，以减小中线电流。2.三相负载的三角形连接电路分析（1）连接方式相负载的三角形连接法，用符号“△”表示。图（a）所示为三相负载三角形连接的原理图，图三相负载三角形连接电路图（2）电路特点负载的线电压与负载的相电压的关系为 UL

= 三相电路中，三相电压是对称的，如果三相负载也是对称的，那么流过三相负载的各相电流也是对称的，即 =

Iuv

=

Ivw

=

Iwu=各相电流的相位差仍是120。线电流与相电流之间的关系为 =− =− =−由此作出相应的矢量图，如图所示。三相对称负载三角形连接电流矢量图线电流IU与相电流Iu之间的数量关系为IU=Iuv同理可得：IV=IvwIW=Iwu因此，线电流与相电流之间的数量关系为

I△L=I△P线电流与相电流的相位关系为线电流滞后相应的相电流30。【例6.4】有3个电阻R

=

10，将它们三角形连接，接到电压为380V的对称三相电源上，求相电压、相电流和线电流。【分析】根据三相负载三角形连接线电压与相电压、欧姆定律及线电流与相电流的关系即可求出有关未知量。解：对称负载三角形连接时，负载的相电压 UP

=

UL

=

380V流过负载的相电流 IP===38（A）线电流 IL=IP=×38

=

66（A）3.计算三相交流电路的功率在三相交流电路中，三相负载消耗的总功率等于各相负载消耗的功率之和。即 P

=

PU

+

PV

+

PW

=

UuIucosu

+

UvIvcosv

+

UwIwcosw 在对称三相电路中，三相对称负载消耗的总功率为 P

=

3UPIPcos 对称三相电路的总有功功率等于单相有功功率的3倍。在实际工作中，三相电路的总有功功率常用线电压和线电流来表示。三相对称负载不论作星形连接还是作三角形连接，对称三相电路的总有功功率为 P=ULILcos 同理，三相对称负载的无功功率和视在功率的计算公式为 Q=ULILsin S=ULIL 综合案例有一个三相对称负载，每相负载的电阻R

=

60，感抗XL

=

80，接在电压为380V的三相对称电源上，求：（1）将它们接成Y连接时，线电压、相电压、相电流、线电流、有功功率分别为多少？（2）将它们接成△连接时，线电压、相电压、相电流、线电流、有功功率分别为多少？思路分析解题时注意区分三相负载Y连接和△连接时线电压与相电压、线电流与相电流、有功功率的不同关系。优化解答不论负载接成Y连接还是△连接，三相对称负载阻抗为 z===100（）三相对称负载功率因数为 cos

===0.6（1）负载接成Y连接时，线电压为 UL

=

380（V）负载的相电压为 ===220（V）流过负载的相电流为 ===2.2（A）线电流为 ==

2.2A有功功率为 =ULcos

=×380

×

2.2

×

0.6

=

868.8（W）（2）负载接成△连接时，线电压为 UL

=

380V负载的相电压为 U△P

=

UL

=

380（V）流过负载的相电流为 I△P===3.8（A）线电流为 I△L=I△P=×3.8

=

6.6（A）有功功率为 =ULcos

=×380

×

6.6

×

0.6

=

2

606.3（W）通过本题的计算可知： ==，==，==3，==3，作三角形连接的有功功率是负载作星形连接时的有功功率的3倍。工程上，大功率的三相电动机常作三角形连接。三、任务评价请将“三相负载的连接”的操作过程、收获体会及任务评价填入“任务评价表”。任务评价表课题6.2三相负载的连接班级姓名学号日期任务过程记录任务实施仪器仪表使用安全文明生产团队协作任务收获任务体会任务评价评定人评语等级签名自己评同学评老师评综合评定等级开始时间结束时间实际时间

6.3技能训练：三相负载的星形连接和三角形连接【教学目标】●学会三相负载的星形、三角形接法，加深理解三相电路。【教学重点】三相负载的星形、三角形连接【教学难点】三相负载的三角形连接【参考学时】2学时【教学过程】一、任务导入列举三相电路实例，让学生认识三相交流电，激发学生学习兴趣。。二、任务准备1.三相负载的接法将各相负载的末端U2、V2、W2连在上，把各相负载的首端U1、V1、W1分别接到上，这种连接方式称为三相负载有中线的星形连接法。星形连接时，=

，=

。将三相负载分别接到，这种连接方式称为三相负载的三角形连接法。三角形连接时，U△L

=

U△P，I△L

=

I△P。2.三相负载接法选择三相负载接法选择根据和而定，必须使每相负载所承受的电压等于额定电压。如对线电压为380V的三相电源来说，当电动机每相绕组的额定电压为220V时，电动机应连成；当电动机每相绕组的额定电压为380V时，则应连成。3.三相异步电动机定子绕组接线图三相异步电动机定子绕组接线图如图所示。三相异步电动机定子绕组接线图三、任务实施1.列一列元器件清单请根据学校实际，将所需的元器件及导线的型号、规格和数量填入表中。表 三相负载的星形、三角形接法元器件清单序号名称符号规格数量备注1三相调压器T2三相闸刀开关S3灯座4灯泡D5开关S6三相异步电动机2.画一画实物接线图（1）实验板实验板（2）三相异步电动机的接线盒如图6.13所示，三相电源电压为380V。①应如何连接才能使3.做一做灯泡和三相异步电动机的连接（1）按图（a）接线，将实验板连接好，接入线电压为380V的三相电源上。观察灯泡发光情况。（2）按图（b）接线，将实验板连接好，接入线电