3三相交流电路

1、个人收集整理 仅供参考学习第 3 章 三相交流电路【课题】3.1 三相交流电源【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，它是由三相交流电发电机产生的。【三、讲授新课】3.1 三相交流电源21三相交流电源：三个幅值相等、频率相同、相位互差3 （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

2、路（简称三相电路）：由三相交流电源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 3.1 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。4中性点：在图 3.1 所示三相四线制供电电源中，将三个绕组的末端 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6端线（相线）：三个绕组的始端引出的导线，也称火线。分别用字母U2、 V2、 W2 连接在一起N 表示。U1、V1 、W1 表示。2-59个人收集整理 仅供参考学习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

3、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。其正方向规定由绕组始端指向末端，其瞬时值表达式为uU = 2 UP sin t2 uV2 UP sin （ t ）uW2 UP sin (3 2 t3其波形图和矢量图如图 3.2 所示。a）波形图ULUUV UU UV U VW UV UW UWU UW UU图 3.3 三相电源相、线电压关系图 3.2 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 表示，其瞬时值表达式为uUV uU uV uVW uV uW uWU uW uU用矢量法进行计算矢量图

4、如图 3.3 所示。10相电压和线电压关系UUV3UUUVW3UVUWU3UW2-60个人收集整理 仅供参考学习16。U L 3 U P 结论：（ 1）三个线电压有效值相等，都等于相电压的3 倍，在相位上分别超前对应的相电压各线电压的相位差亦是 32 （ 120 ）。3 （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 3.1 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 3 UP 3 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

5、系统可提供两种等级的电压：线电压和相电压。其关系为：UL = 3 U P，各线电压超前对应的相电压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】、是非题： 6；二、选择题： 1；三、填空题： 1、2、3、 4。【课题】3.2 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

6、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。【三、讲授新课】2-61个人收集整理 仅供参考学习3.2.1三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 3.4 所示。图 3.4 三相负载星形联

7、结4线电流：在图 3.5（a）电路图中，三根端线上的电流iU、 iV、 iW。5相电流：在图 3.5 （ 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 = iUN，iV = iVN，iW = iWN 或性质相同 （称为iL iP 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， 对称负载）可得矢量图，如图 3.5（ b）所示。b）矢量图a）三相四线制星形联结图 3.5 三相负载星形联结电路图和矢量图在图 3.5（ b）所示矢量图中，相电压与相电流的关系为I UNUU|ZUI VNUV|ZV|I WNUW|ZW

8、|UNarccos RU|ZUVNRVarccos|ZV2-62个人收集整理 仅供参考学习WN arccos W|ZW |中性线电流为线电流（或相电流）的矢量和I N I U I V I W I UN I VN I WN 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3.7 所示的三相三线制星形联结。图 3.7 三相三线制星形联结三相负载不对称的情况举例：图 3.8 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

9、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 3.8 中性线的作用在图 3.8 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短路或过流保护装置。3.2.2 对称负载的三角形联结图 3.9（ a）、（ b）为对称

10、负载三角形联结图和电路图。2-63个人收集整理 仅供参考学习（ a）联结图（b）电路图图 3.9 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iUV 、 iVW 、iWU 与对应的线电流iU、iV、iW 是不相等的。假设负载对称并都为感性，可得如图 3.10 所示的矢量图。图 3.10 对称负载三角形联结时矢量图在图 3.10 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 3 倍，即IL= 3 IP 例 3.2 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

11、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 ， 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| = R2 XL262 82 =10 （1）当绕组按星形联结时，由UL = 3 UP可得相电压为UP =UL380V = 220 V相电流和线电流为A = 22 AIL =IP = UP220L P |Z | 102）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2-64个人收集整理 仅供参考学习IP U P 380|Z | 10A 38 A线电流为I L 3 I P = 3 38 A 65

12、.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 22A 1 。即 38A 3 三角形联结是星形联结相电流的 3 倍。（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 22A 1 。即三角形 65.8A 3 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： UL3 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， IL3 IP。【五、

13、习题】一、是非题： 1、2、3、4、5、7、8；二、选择题： 2、 3、4、5、6；三、填空题： 5、6、 7；四、 计算题： 1、 2。【课题】3.3 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】3.3 三相电功率三相负载对称时2-65个人收集整理 仅供参考学习P 3U PI P cosQ

14、 3UPIP sin另外，S 3U PIPP3ULIL cosQ3ULIL sinS3ULI L例 3.3 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 |R2 XL262 82101）星形联结时，负载的相电压为UPUL380V 220 V相电流和线电流关系为负载功率因数所以星形联结时三相总有功功率为IL I|Z|22022 A10cos|Z|100.6P 3 U LI Lcos3 380 22 0.6W 8.7kW2）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负载的相电流为负载的线电流为U P 380IP|Z | 10A 38 AIL = 3 I P 3 38 A 65.8 A 负载功率因数不变，仍为 cos0.6。三角形联结时三相总有功功率为P 3UP IPcos = 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