5三相正弦交流电路。
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。
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 t
uv=up sin ( t- )
uw=up sin ( t- )
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ul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。
uuv=uu –uv
u vw=uv –uw
uwu=uw –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。
uuv=uu
uvw =uv
uwu=uw
或。u l=u p
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。各线电压的相位差亦是（120）。
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= 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】三、填空题。
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。
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、iv、iw。
5．相电流：在图5.5（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。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，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，中性线电流为线电流（或相电流）的矢量和。
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**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。
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、、与对应的线电流、、是不相等的。
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。
il= ip
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 ，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 ω
1）当绕组按星形联结时，由。
ul = up
可得相电压为。
up = v = 220 v
相电流和线电流为。
il =ip =a = 22 a
2）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。ip=a=38 a
线电流为。i l=i p = 38 a=65.8 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。即三角形联结是星形联结相电流的倍。
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。即三角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：ul=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，il=ip。
五、习题】一、是非题；二、选择题；三、填空题：3；四、计算题：1。
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。
另外，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
1）星形联结时，负载的相电压为。
up=v=220 v
相电流和线电流关系为。
il=ip=a=22 a
负载功率因数。
cos ==0.6
所以星形联结时三相总有功功率为。
p=u li lcos =380220.6w=8.7kw
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=a=38 a
负载的线电流为。
il =i p=38 a=65.8 a
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。
p=3up ip cos=3380380.6 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。
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