三相交流电源

6.1三相交流电源一、教学目标1、了解三相交流电的产生。2、理解三相正弦量、相序的概念。3、了解中性线的概念。二、教学重点、难点分析重点：1、三相电路中相电压、线电压的关系。难点：同重点。三、教具正弦交流电的产生示教模型；三相交流发电机模型；灵敏电流计；交流电压表；三相电路示教板；电池；小灯泡；安培表；伏特表等．电化教学设备。四、教学方法演示法、讲授法，多媒体课件。五、教学过程Ⅰ.导入一、复习提问通过提问讨论的方式共同复习“正弦交流电的产生”过程，以及正弦交流电的重要的参数及表示方法，提问：1．在交流电产生的过程中，矩形线圈转到什么位置时线圈中的电流最大？什么位置电流为零？（线圈平面平行磁感线：中性面）2．两个完全相同的交流发电机，其矩形线圈也以相同的转速匀速转动，那么这两个发电机所产生的交变电动势有何异同？（交变电动势的频率、最大值相同；达到最大值的时刻不同）3．如果把三个相同的矩形线圈固定在同一轴上，并使之在匀强磁场中转动，这三个线圈是否都产生电动势？为什么？（产生，穿过每个线圈回路的磁通量都发生变化）二、引入三相交流电三相交流电路的优点：1、三相交流发电机的铁心及电枢磁场较单相发电机利用充分；2、作为三相交流电负载的三相电动机比单相电机性能好，易维护，运转时比单相发电机的振动小；3、理论和实践证明：在输电距离、输送功率、电压相等的条件下，三相输电是单相输电所用导线量的四分之三；4、采用三相四线制输电，用户可得两种不同的电压；5、工农业生产大量使用交流电动机，三相电动机比单相电动机性能平稳可靠。II.新课三相交流电源：简言之，三相交流电源是三个单相交流电源按一定方式的组合，这三个单相交流电源的频率相同、大小相等，相位彼此相差120°。一、三相交流电动势的产生1．三相交流电的产生．利用“提问3”引入新课，出示三相交流模型发电机，简介其构造后，演示三相交变电流的产生：将三个灵敏电流计分别接到发电机的三个线圈上，摇动发电机的线圈，三个灵敏电流计都将摆动．归纳实验现象说明：三个线圈均能产生交变电动势（电流计指针来回摆动）．引导学生比较单、三相交流发电机的异同．（1）单相交流发电机和三相交流发电机单相发电机：只有一个线圈，产生一个交变电动势。三相发电机：有三个互成120°的U1V2V1W1NSU2-+W2•••U1V2V1W1NSU2-+W2•••图1三相交流发电机原理示意图线圈(分别用U1-U2，V1-V2，W1-W2)，产生三个交变电动势（对应三个线圈为eU、eV、eW）每个线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同。三相交流发电机原理示意图如图1。（2）三相交变电流的特点重做三相交变电流产生的演示实验，摇动线圈尽量均匀．让学生仔细观察三个电流计指针摆动的情况，并让学生思考：三个电流计指针摆动情况有何异同？它们所反映的三个交变电动势有何异同？引导学生分析：三个交变电动势的特点：频率相同、最大值相同、达到最大值的时刻依次落后三分之一周期的形成原因以eU为参考正弦量，则三相电动势的瞬时表达式为)32sin()32sin(sintEetEetEemWmVmU（式6-1）（3）三相交变电流的图像先依据正弦交变电流的图像画出U相交变电动势的图像，然后让学生运用之前学习的相位差的知识，在同一坐标系绘出落后T/3和2T/3周期的W相和V相交变电动势的波形图。图像直观地表达了三相交变电流各相电动势的异同。三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值（或零值）的先后图2对称三相电动势的波形图和旋转式量图顺序，叫做相序。从图2中可以看出，eU超前达最大值，又超前达最大值，这种U-V-W-U的顺序叫正序，若相序位U-W-V-U叫负序。二、三相四线制电源在低压供电系统（市电220V）中常采用三相四线制供电，把三相绕组的末端U2、V2、W2连结成一个公共端点，叫做中性点（零点），用N表示，如图3所示。从中性点引出的导线叫做中性线（零线），用黑色或白色表示。中性线一般是接地的，又叫做地线。从线圈的首端U1、V1、W1引出的三根导线叫做相线（俗称火线），分别用黄、绿、红三种颜色表示。这种供电系统称作三相四线制，用符号“Y0”表示。1、相电压UP与线电压UL各相线与中性线之间的电压叫相电压，分别用表示UU、UV、UW其有效值。相线与相线之间的电压叫做线电压，其有效值分别用UUV、UVW、UWU表示。相电压与线电压参考方向的规定：相电压的正方向是由首端指向中点N，例如电压UU是由首端U1指向中点N；线电压的方向，如电压UUV是由首端U1指向首端V1。中点–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3中点–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3e2+–e2+–端线端线((火线火线))+e3+–中线中线((零线零线))NU1V1W1U2V2W2L1L2L3端线端线((火线火线))+e3+–e3+–中线中线((零线零线))N中线中线((零线零线))NU1V1W1U1V1W1U2V2W2U2V2W2L1L1L2L2L3L3图3三相四线制电源2、相电压与线电压之间的关系三相电源Y型联结时的电压旋转式量图，如图4所示。三个相电压大小相等，在相位上相差32。三个相电压互相对称。故两端线U和V之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即UWWUWVVWVUUVuuuuuuuuu（式6-2）线电压的大小利用几何关系可求得为UUUVUUU330cos2同理可得：VVWUU3WWUUU3结论：三相电路中线电压的大小是相电压的3倍，其公式为PLUU3（式6-3）可以看出线电压UUV、UVW、UWU分别超前相应的相电压UU、UV、UW30°。三个线电压彼此间相差32，线电压也是对称。图4三相四线制电源电压旋转式量图我们平常讲的电源电压为220V，即是指向电压；将电源电压为380V，既是指线电压。III.小结1、对称三相电动势有效值相等，频率相同，各相之间的相位差为32。2、三相四线制的相电压和线电压都是对称的。3、线电压是相电压的3倍，线电压的相位超前相应的相电压6。IV.作业略。6.2三相负载的连接一、教学目标1、掌握三相负载星形的产生。2、理解三相正弦量、相序的概念。3、了解中性线的作用。二、教学重点、难点分析重点：负载为Y和△接法的三相对称电路的求解方法。难点：三相电路中相电流、线电流的关系。三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程Ⅰ.复习提问复习上一节所学三相电路中相电压、线电压及其之间的关系。II.新课三相电路中的三相负载，可分为对称三相负载和不对称三相负载。各相负载的大小和性质完全相同的教对称三相负载；各相负载不同的教不对称三相负载。在三相电路中，负载有星型（Y型）和三角形（△）两种连接方式一、三相负载的星型联结1、连接方式把各相负载的末端连在一起接到三相电源的中性线上，把各相负载的首端分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接方法叫做三相负载有中性线的星形联结，用Y0表示。如图1所示。负载星形联结时，其线电压与相电压的关系：YPLUU(式6－4)式中UYP——负载作星形联结时的相电压2、电路计算负载作星形联结并具有中性线时，三相交流电路的每一相，就是一个单相交流电路，所以各相电压与电流间数量及相位关系可应用第五章学习的单相交流电路的方法处理。A．相电流PYPWVUYPzUIIII（式6－5）各相电流之间的相位差为32。B．线电流三相负载星形联结，每相负载都串在相线上，相线和负载通过同一个电流，图1三相负载星形联结的电路所以各相电流等于各线电流。YPLII（式6－7）C．中性线流过中性线的电流为WVUNiiii对称负载星形联结，其各相相电流大小相等，相位相差32，作旋转矢量图分析可的，三个相电流的旋转矢量和0NI即三个相电流瞬时值之和为：0Ni注意：1、对称负载作星形联结时，0WVUNIIII中性线电流为零，去掉中性线电路也可正常工作。为此，某些场合常采用三相三线制电路供电，如三相电动机和三相变压器。2、不对称星形负载的三相电路，0WVUNIIII。中性线电流不为零，中性线不可去掉，要为电流提供通路，必须采用带中性线的三相四线制供电。更重要的是要保证每相负载两端的电压等于电源的相电压。中性线的作用就在于使星形联结的不对称负载的相电压对称。为了保证负载的相电压对称，就不应让中性线断开。因此，中性线内不准接入熔断器和闸刀开关。二、三相负载的三角形（△）联结1、连接方式把三相负载分别接到三相交流电源的每两根相线之间，负载的这种连接方法叫做三角形联结，用符号“△”表示。如图2所示。三角形联结中，相电压与线电压相等。LPUU(式6-8)2、电路计算A．相电流对称三相电源作用下，对称负载的各相电流也使对称的，UVLWUVWUVzUIII各相电流间的相位差仍为32。B．线电流当对称三相负载作三角形联结时，线电流的大小为相电流的3倍，图2三相负载作三角形联结PLII3(式6－9)其相位关系如图3所示III.例题讲解，巩固练习略（见教材§6-2例题1、例题2）IV.小结1、对称负载Y形联结在三相四线制电路，线电压UL是负载相电压UYP的3倍，即YPL3UUA．相电流各相电流大小相等PYPWVUYPzUIIII，且相位差为32。B．线电流线电流等于相电流。YPLII2、对称负载△形联结负载做△形联结时只能形成三相三线制电路。显然不管负载是否对称(相等)，电路中负载相电压UP都等于线电压UL，即UP=ULA．相电流各相相电流大小相等，即UVLWUVWUVzUIII，且相位差为32。图3对称三角形负载的电流、电压旋转矢量图B．线电流线电流的大小为相电流的3倍，即PLII3，线电流滞后对应相电流6。3、中性线的作用。V.作业略。6.3三相电路的功率一、教学目标1、掌握三相功率的计算。二、教学重点、难点分析重点：对称三相交流电路功率的计算。难点：同重点。三、教具电化教学设备。四、教学方法讲授法，多媒体课件。五、教学过程Ⅰ.复习巩固复习上节知识，通过讲解课后习题，复习“三相负载分别作Y联结、△联结时的相电压、相电流、线电压、线电流的关系”。II.新课三相交流电路中，每一相负载所消耗的功率，可以应用单相正弦交流电路中学过的方法计算。已知各相电压、相电流及功率因数λ（cos）的值，则负载消耗总功率为coscoscos所以，对称三相交流电路中负载所消耗的总功率可以写成PPPIUPcos3(式6－10)式中UP——负载的相电压，单位是伏[特]，符号为V；IP——流过负载的相电流，单位是安[培]，符号为A；——相电压与相电流之间的相位差，单位是弧度，符号为rad;P——三相负载总的有功功率，单位是瓦[特]，符号为W。由上式可知，对称三相电路总有功功率为一相有功功率的三倍。实际工作中，测量线电压、线电流较为方便，三相电路总功率常用下式计算cos3LLIUP（式6－11）注意：1、对称负载为星形活三角形联结式，线电压是相同的，相电流是不相等的。三角形联结时的线电流为星形联结时线电流的3倍。2、仍然是相电压与相电流之间的相位差