三相正弦交流電路

1、課V題第五章 二相正弦交流電路 第一節(jié)二相正弦交流電源 第二節(jié)三相負(fù)載的連接>flk|LjHH1 1課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)6教學(xué)目標(biāo)1了解三相交流電的優(yōu)點(diǎn)。2 了解三相交流電的產(chǎn)生。3 .掌握三相交流電的供電方式。4 掌握三相負(fù)載的兩種接線(xiàn)方式。教學(xué)重點(diǎn)1.三相交流電的供電方式。2 .三相交流電的兩種接線(xiàn)方式。教學(xué)難點(diǎn)三相負(fù)載的兩種接線(xiàn)方式的分析與應(yīng)用。學(xué):情分析FT教學(xué)效果教后記電工電子技術(shù)與技能 電子教案23新授課A、新授課第一節(jié)三相正弦交流電源在電力系統(tǒng)中，幾乎全部采用交流三相制供電，究竟它有些什么優(yōu)點(diǎn)使得它應(yīng)用這么廣泛呢？與單相交流電相比，三相交流電具有如下優(yōu)點(diǎn)：1 .三相發(fā)電

2、機(jī)比尺寸相同的單相發(fā)電機(jī)輸出的功率要大。（講解）2 .三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和制造不比單相發(fā)電機(jī)復(fù)雜多少，且使用、維護(hù)都較方便， 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比單相發(fā)電機(jī)的振動(dòng)要小。3 在同樣條件輸送同樣大的功率時(shí)，特別是在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，三相輸電線(xiàn)比單相 輸電線(xiàn)可節(jié)約25 %左右的材料。4 三相異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣的動(dòng)力機(jī)械。使用三相交流電的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用維護(hù)方便，是工業(yè)生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υ?。由于具有以上?yōu)點(diǎn)，所以三相交流電比單相電應(yīng)用得更廣泛，通常的單相交流電源多數(shù)也是從三相交流電源中獲得的。、三相交流電源讓我們看看周?chē)墓╇娋€(xiàn)路。在一般家庭中，采用兩根線(xiàn)傳送，一根零線(xiàn)（黑色）,一根相線(xiàn)（黃色或紅

3、色或綠色， 大多數(shù)為紅色），稱(chēng)為單相交流電。 我們習(xí)慣上說(shuō)的交流 電指的就是單相正弦交流電。 而在用電量大的工廠(chǎng)及大樓等動(dòng)力用電處則采用三相交流 電供電（黃、綠、紅三種顏色線(xiàn)同時(shí)傳輸）。單相交流電路從一個(gè)電源出發(fā)用兩根線(xiàn)進(jìn)行輸送，這是用了三相交流電中一相（有時(shí)也稱(chēng)為單相三線(xiàn)電），如下圖（a）所示。三相交流電從一個(gè)電源出發(fā)（電壓相等、頻率相同、相位彼此相差為 1200的三個(gè)電源），用三根線(xiàn)進(jìn)行輸送，如下圖（b）所示。(a)(b)1（圖片展 示、講解）三相交流電的應(yīng)用、三相交流電的產(chǎn)生三相交流電是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。三相交流發(fā)電機(jī)原圖理如下圖（a）所示，發(fā)電機(jī)有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的磁鐵，在磁鐵周?chē)膱A周

4、上均勻分布有U1-U2、V1-V2、W1-W2三個(gè)繞組，每一個(gè)繞組叫做一相，各相繞組的匝數(shù)相等、結(jié)構(gòu)相同，它們的始端（U1、它們的末端（U2、V2、W2在空間位置上也彼此VI、W1在空間位置上彼此相差 120， 相差1200。若按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)磁鐵，在線(xiàn)圈 中產(chǎn)生相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但其相位較U1-U2中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；則在線(xiàn)圈V1-V2U1-U2滯后1200, W1-W2也產(chǎn)生相同的感應(yīng)電動(dòng)b）所示，(b)（畫(huà)圖講 解）勢(shì)，但其相位較 V1-V2滯后1200。與磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)角相一致畫(huà)出的波形如下圖 矢量圖如下圖（c）所示。在上圖中，把線(xiàn)圈 U1-U2、V1-V2和W1-W2上所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)

5、勢(shì)依次到達(dá)最大值的順序叫做相序，三個(gè)線(xiàn)圈分別用 U V、W來(lái)表示。習(xí)慣上把三相交流電中相序?yàn)閁-V-W稱(chēng)為正序。在電工技術(shù)和電力工程中，把上圖（b）所示這樣的電壓稱(chēng)為三相交流電壓?？梢园阉醋魇侨齻€(gè)單相交流電源，其電壓大小相等，頻率相同，相位互差120 °。三、三相交流電供電方式把三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2、W2連接成一個(gè)公共端點(diǎn)，叫做中性點(diǎn)（零點(diǎn)）,用字母N表示。從中性點(diǎn)引出的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為中性線(xiàn) （或零線(xiàn)），用黑色或白色表示。中性線(xiàn) 接地時(shí)，又稱(chēng)為地線(xiàn)。從線(xiàn)圈的首端Ul、VI、WI引出的三根導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為相線(xiàn) （俗稱(chēng)火線(xiàn)），分別用黃、綠、紅三種顏色表示，這種供電系統(tǒng)稱(chēng)為三相四線(xiàn)制。如

6、下圖所示。在低壓 供電系統(tǒng)中常采用三相四線(xiàn)制供電。如生活中的照明用電就是采用三相四線(xiàn)制供電。（畫(huà)圖講解）三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓，即相電壓與線(xiàn)電壓。各相線(xiàn)與中性線(xiàn)之間的 電壓稱(chēng)為相電壓，分別用 Uu、Uv、Uw表示其有效值；相線(xiàn)與相線(xiàn)之間的電壓稱(chēng)為線(xiàn)電壓，用UUV、UVW、UWU表示。另一種表示方法是用Up表示相電壓，U L表示電工電子技術(shù)與技能 電子教案線(xiàn)電壓。由于電動(dòng)勢(shì)的方向規(guī)定為從繞組的末端指向始端，那么相電壓的方向就是從繞組的始端指向末端，如上圖所示相電壓Uu、Uv、Uw。線(xiàn)電壓的方向按三相電源的相序（講解）來(lái)確定，如Uuv就是從U1端指向V1端；U VW就是從V1端指向W1端

7、；Uwu就是從W1端指向U1端，如上圖所示線(xiàn)電壓U UV、U VW、U WU。25300。即實(shí)驗(yàn)證明，三相四線(xiàn)制供電系統(tǒng)中，相電壓和線(xiàn)電壓都是對(duì)稱(chēng)的，各線(xiàn)電壓的有效值為相電壓有效值的3倍，而且各線(xiàn)電壓在相位上比各對(duì)應(yīng)的相電壓超前嘰3Up我國(guó)低壓三相四制供電系統(tǒng)中，電源相電壓有效值為 220V，線(xiàn)電壓有效值為380V。第二節(jié)三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)由三相電源供電的負(fù)載叫三相負(fù)載載，可分為對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載和不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載。（例如三相交流電動(dòng)機(jī)）。三相電路中的三相負(fù) 各相負(fù)載的大小和性質(zhì)完全相同的叫對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載，即Ru =Rv =Rw，Xu =Xv-Xw。如三相電動(dòng)機(jī)、三相變壓器、三相例如家用電器和電燈， 這類(lèi)負(fù)

8、載通常是Y”表示）和三角形（用符號(hào)"”表示）電爐等。各相負(fù)載不等的就叫不對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載, 按照盡量平均分配的方式接入三相交流電源中。在三相電路中，負(fù)載有星形（用符號(hào)" 兩種聯(lián)結(jié)方式。、三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)1. 聯(lián)結(jié)方式把各相負(fù)載的末端 U2、V2、W2連在一起接到三相電源的中性線(xiàn)上；把各相負(fù)載的 首端U1、VI、W1分別接到三相交流電源的三根相線(xiàn)上，這種連接的方法叫做三相負(fù)載 的星形聯(lián)結(jié)。如下圖（a）所示為三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的原理圖，圖（ b）所示為三相負(fù)載星 形聯(lián)結(jié)的實(shí)際電路圖。isU1VW|（畫(huà)圖講 解）負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)并具有中性線(xiàn)時(shí)，每相負(fù)載兩端的電壓稱(chēng)為負(fù)載的相電壓，用Uy

9、p表示。2. 電路計(jì)算當(dāng)輸電線(xiàn)的電阻被忽略時(shí)，負(fù)載的相電壓等于電源相電壓U yp Up電源的線(xiàn)電壓與負(fù)載的相電壓關(guān)系為（講解）Ul 二 3Uyp在三相交流電路中， 負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)，流過(guò)每一相負(fù)載的電流稱(chēng)為相電流，分別用I u、I V、I W表示，一般用I YP來(lái)表示。流過(guò)每根相線(xiàn)的電流稱(chēng)為線(xiàn)電流，分別用I u、I v、I w來(lái)表示，一般用Il表示。當(dāng)負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)具有中性線(xiàn)時(shí)，三相交流電路的每一相，就是一個(gè)單相交流電路，各相電壓與電流間數(shù)量及相位關(guān)系可應(yīng)用前面學(xué)習(xí)的單相交流電路的方法處理。如下圖所示，由于每相的負(fù)載都串在相線(xiàn)上，相線(xiàn)和負(fù)載通過(guò)的是同一個(gè)電流，所以各線(xiàn)電流等于各相電流，即I u

10、= I u , I V = I v , I W = I w。一般寫(xiě)成Il = IP除此之外，我們還要考慮流過(guò)中性線(xiàn)的電流，由基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律可以求出中性線(xiàn)電流。一般采用矢量法來(lái)分析。中性線(xiàn)電流為線(xiàn)電流（或相電流）的矢量和 I N = I U ' I V ' I W對(duì)于三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，在對(duì)稱(chēng)三相電源作用下，三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載的中性線(xiàn)電流等于零， 如下圖所示。即* I N = I U I V I W = 0由于電流是瞬時(shí)值，三相電流瞬時(shí)值的代數(shù)和也為零，即iN "u iV iW =0。因此對(duì)稱(chēng)負(fù)載下中性線(xiàn)便可以省去不用，電路變成如下圖（b）所示的三相三線(xiàn)制傳輸。如在發(fā)電廠(chǎng)與變

11、電站、 變電站與三相電動(dòng)機(jī)等之間，由于負(fù)載對(duì)稱(chēng)，便采用三相三線(xiàn)制傳輸。(畫(huà)圖講 解)(a)(b)若負(fù)載不對(duì)稱(chēng)，則中性線(xiàn)電流不為零，其中性線(xiàn)電流為 1= 1 U 1 V 1 W 或= i U iV iW3. 不對(duì)稱(chēng)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)中性線(xiàn)的作用三相負(fù)載在很多情況下是不對(duì)稱(chēng)的，最常見(jiàn)的照明電路就是不對(duì)稱(chēng)負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的三相電路。下面，我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)來(lái)分析三相四線(xiàn)制中性線(xiàn)的重要作用。如下圖所示，把額定電壓為220 V,功率分別為100 W、60 W和40 W的三盞白熾燈作星形聯(lián)結(jié)，然后接到三相四線(xiàn)制的電源上。為了便于說(shuō)明問(wèn)題，設(shè)在中性線(xiàn)上裝有開(kāi)關(guān)S,如下圖(a)所示。當(dāng)S合上時(shí)每個(gè)燈泡都能正常發(fā)光。

12、當(dāng)斷開(kāi)Su、Sv和Sw中任意一個(gè)或兩個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，處在通路狀態(tài)下的燈泡兩端的電壓仍然是相電壓，燈仍然正常發(fā)光。上述情況是相電壓不變，而各 相電流的數(shù)值不同，中性線(xiàn)電流不等于零。如果斷開(kāi)開(kāi)關(guān)Sw,再斷開(kāi)中性線(xiàn)開(kāi)關(guān) Sn，如下圖(b)所示。中性線(xiàn)斷開(kāi)后，電路變成不對(duì)稱(chēng)星形負(fù)載無(wú)中性線(xiàn)電路，40 W的燈反而比100 W的燈亮得多。其原因是，沒(méi)有中性線(xiàn)，兩個(gè)燈(40 W和100 W燈泡)串聯(lián)起來(lái)以后接到兩根相線(xiàn)上，即加在兩個(gè)串聯(lián)燈兩端的電壓是線(xiàn)電壓(380 V)。又由于100 W的燈的電阻比40 W的燈的電阻小，由串聯(lián)分壓可知它兩端的電壓也就小。因此，100 W的燈反而較暗，40 W的燈兩端的電壓大于 2

13、20 V,會(huì)發(fā)出更強(qiáng)的光，還 可能將燈燒毀。(畫(huà)圖講解)可見(jiàn)，對(duì)于不對(duì)稱(chēng)星形負(fù)載的三相電路，必須采用帶中性線(xiàn)的三相四線(xiàn)制供電。若無(wú)中性線(xiàn)，可能使某一相電壓過(guò)低，該相用電設(shè)備不能工作； 某一相電壓過(guò)高，燒毀該相 用電設(shè)備。因此，中性線(xiàn)對(duì)于電路的正常工作及安全是非常重要的，它可以保證負(fù)載電壓的對(duì)稱(chēng)，防止發(fā)生事故。通過(guò)這個(gè)實(shí)例可以發(fā)現(xiàn)， 中性線(xiàn)的作用就是使不對(duì)稱(chēng)的負(fù)載獲得對(duì)稱(chēng)的相電壓，使 各用電器都能正常工作，而且互不影響。在三相四線(xiàn)制供電線(xiàn)路中，規(guī)定中性線(xiàn)上不允許安裝熔斷器、開(kāi)關(guān)等裝置。為了增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，有的還加有鋼芯；另外通常還要把中性線(xiàn)接地，使它與大地電位相同，以 保障安全。結(jié)論：負(fù)載作星形聯(lián)

14、結(jié)時(shí)：（歸納總 結(jié)） 電源線(xiàn)電壓是負(fù)載兩端相電壓的、3倍，即Ul = .3UYp ； 每一相相線(xiàn)的線(xiàn)電流等于流過(guò)負(fù)載的相電流，即|l = lP ; 對(duì)于對(duì)稱(chēng)負(fù)載可去掉中性線(xiàn)變?yōu)槿嗳€(xiàn)制傳輸； 對(duì)于不對(duì)稱(chēng)負(fù)載則必須加中性線(xiàn)，采用三相四線(xiàn)制傳輸。二、三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)負(fù)載的這種連接方法叫做三 圖（b）所示的是三相負(fù)載三角1 聯(lián)結(jié)方式把三相負(fù)載分別接到三相交流電源的每?jī)筛嗑€(xiàn)之間， 角形聯(lián)結(jié)。如下圖（a）所示為負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)的原理圖, 形聯(lián)結(jié)的實(shí)際電路圖。（結(jié)合圖 形講解）2.電路計(jì)算三角形聯(lián)結(jié)中的各相負(fù)載全都接在了兩根相線(xiàn)之間, 的相電壓等于電源的線(xiàn)電壓，貝U因此負(fù)載兩端的電壓，即負(fù)載由于三

15、相電源是對(duì)稱(chēng)的，無(wú)論負(fù)載是否對(duì)稱(chēng)，負(fù)載的相電壓是對(duì)稱(chēng)的。對(duì)于負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)的三相電路中每一相負(fù)載來(lái)說(shuō)，都是單相交流電路。各 相電流和電壓之間的數(shù)量與相位關(guān)系與單相交流電路相同。在對(duì)稱(chēng)三相電源的作用下，流過(guò)對(duì)稱(chēng)負(fù)載的各相電流也是對(duì)稱(chēng)的，應(yīng)用單相交流電路的計(jì)算關(guān)系，可知各相電流的有效值為UlZuv，采用矢量表示可求出線(xiàn)電流與相電流之間有以下關(guān)系I ALI AL-.31 AP °.3倍，一般寫(xiě)成結(jié)論：當(dāng)三相負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí): 相電壓等于線(xiàn)電壓，即u Ap = UL ；當(dāng)對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，線(xiàn)電流的大小為相電流的三、三相電路的功率在三相交流電路中，不論負(fù)載采取星形聯(lián)結(jié)的方式，還是

16、采取三角形聯(lián)結(jié)的方式，（講解）三相負(fù)載消耗的總功率等于各相負(fù)載消耗的功率之和，即P二Pu * Pv * PW。每一相負(fù)載所消耗的功率，可以應(yīng)用單相正弦交流電路中學(xué)過(guò)的方法計(jì)算。當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)，有 Pu = Pv = Pw = U p I p COS p，負(fù)載消耗的總功率可以寫(xiě) 成P =3UplPcos P式中：u負(fù)載的相電壓，國(guó)際單位制單位V （伏）I p流過(guò)負(fù)載的電流，國(guó)際單位制單位A （安）P負(fù)載相電壓與相電流間的相位差，國(guó)際單位制單位弧度（rad ）或度P三相負(fù)載總的有功功率，國(guó)際單位制單位W（瓦）上式可知，對(duì)稱(chēng)三相電路總有功功率為一相有功功率的3倍。在實(shí)際工作中，測(cè)量線(xiàn)電壓、線(xiàn)電流比

17、較方便，三相電路的總功率常用線(xiàn)電壓和線(xiàn) 電流來(lái)表示。理論推導(dǎo)證明，對(duì)稱(chēng)負(fù)載不論負(fù)載作星形還是三角形聯(lián)結(jié)，總有功功率也可由下式計(jì)算：P = 3ULIL COS P例5-1 某三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載，每相負(fù)載的電阻為6 Q,感抗為8 Q,電源線(xiàn)電壓為（結(jié)合例 題詳細(xì)講 解）380 V，試求負(fù)載星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時(shí)兩種接法的三相電功率。解：每相繞組的阻抗為Z “ R2 Xf = 6282 =10'.1（1）星形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載相電壓U YPUL 380= 220 V因此流過(guò)負(fù)載的相電流為IpUpZW22A負(fù)載的功率因數(shù)為cos羅1o = 0.6星形聯(lián)結(jié)時(shí)三相總有功功率P =3UplpCOS P =3 2

18、20 22 0.6 8.7 KW(2)三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載相電壓等于電源線(xiàn)電壓，即Up 二U L = 380V負(fù)載的相電流為Up _ 380=Z = 10-38 A三角形聯(lián)結(jié)時(shí)三相總有功功率P =3Uplpcos p =3 380 66 0.6 26KW可見(jiàn)，同樣的負(fù)載，三角形聯(lián)結(jié)消耗的有功功率是星形聯(lián)結(jié)時(shí)的3倍。也就是說(shuō)，三相負(fù)載消耗的功率與負(fù)載連接方式有關(guān)，要使負(fù)載正常運(yùn)行，必須正確連接電路。顯然在同一電源作用下，錯(cuò)將星形聯(lián)結(jié)成三角形聯(lián)結(jié)，負(fù)載會(huì)因3倍的過(guò)載而燒毀；反之，1錯(cuò)將三角形聯(lián)結(jié)接成星形聯(lián)結(jié)，負(fù)載也無(wú)法正常工作，只能輸出'的功率。3數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，對(duì)稱(chēng)三相電路在功率方面還有一個(gè)很可貴的性質(zhì)：對(duì)稱(chēng)