電工與電子技術(shù)教案 程周 高教第二版D3

第3章三相交流電路

【課題】

3.1三相交流電源

【教學(xué)目標(biāo)】

知道三相電源的概念。

【教學(xué)重點(diǎn)】

1.三相交流電源的概念。

2.三相四線制供電方式。

【教學(xué)難點(diǎn)】

三相四線制供電線電壓與相電壓關(guān)系及矢量圖。

【教學(xué)過程】

【一、復(fù)習(xí)】

1.單相正弦交流電基本概念。

2.正弦交流電旋轉(zhuǎn)矢量表示法。

【二、引入新課】

從理論上講，把三個(gè)單相正弦交流電按一定方式連接起來(lái)，就可以構(gòu)成三相交

流電源，但實(shí)際工作中，它是由三相交流電發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

【三、講授新課】

3.1三相交流電源

1.三相交流電源：三個(gè)幅值相等、頻率相同、相位互差（120）的單相交

流電源按規(guī)定的方式組合而成的電源。

2.三相交流電路（簡(jiǎn)稱三相電路）：由三相交流電源與三相負(fù)載共同組成的

電路。

3.星形聯(lián)結(jié)（也稱為Y形聯(lián)結(jié)）：連接方式如圖3.1所示。電源對(duì)外有四根

引出線，這種供電方式稱為三相四線制。

4.中性點(diǎn)：在圖3.1所示三相四線制供電電源中，將三個(gè)繞組的末端U2、

V2、W2連接在一起的點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中常將該點(diǎn)接地，所以也稱為零點(diǎn)。

5.中性線：從中性點(diǎn)（或零點(diǎn)）引出的導(dǎo)線，也稱零線、地線。用字母N表

zj\°

6.端線（相線）：三個(gè)繞組的始端引出的導(dǎo)線，也稱火線。分別用字母U1、

VI、W1表示。

7.三相三線制：如果只將三相繞組按星形聯(lián)結(jié)而并不引出中性線的供電方

式。

8.相電壓：將負(fù)載連接到每相繞組兩端（即連接在端線和中性線之間），負(fù)

載可得到的電壓，用IP表示。其正方向規(guī)定由繞組始端指向末端，其瞬時(shí)值表達(dá)

式為

sint

2

iN-v'2ZPsin（t-3）

（a）波形圖（b）矢量圖

圖3.2三相電源相電壓波形和矢量圖

9.線電壓：將負(fù)載連接到兩相繞組端線之間（任意二根端線之間），負(fù)載得

到到的電壓，用力表示，其瞬時(shí)值表達(dá)式為

z/UV=加-W

WW二W-

洲U二洲-加

用矢量法進(jìn)行計(jì)算

仇JV二加-W

UVW二IN-UN

加U二如-加

矢量圖如圖3.3所示。

圖3.3三相電源相、線電壓關(guān)系

10.相電壓和線電壓關(guān)系

rtJV=6U

WW=W

如U=如

或

UL=U?

結(jié)論：

（1）三個(gè)線電壓有效值相等，都等于相電壓的倍，在相位上分別超前對(duì)應(yīng)的

相電壓。各線電壓的相位差亦是（120）。

（2）三相四線制供電方式，不但相電壓對(duì)稱，而且線電壓也是對(duì)稱的。

［例3.1］三相四線制供電系統(tǒng)，已知相電壓為220V,試求線電壓為何值？

［解］

況=加=220V=380V

【四、小結(jié)】

1.三相交流電源是指三個(gè)頻率相同、最大值相同、相位互差120o的單相交流

電源按一定方式組合成的電源系統(tǒng)。

2.三相交流電源的三相四線制供電系統(tǒng)可提供兩種等級(jí)的電壓：線電壓和相

電壓。其關(guān)系為：乩=〃P,各線電壓超前對(duì)應(yīng)的相電壓30o。

3.線電壓：任意兩根端線之間的電壓。

4.相電壓：任意一根端線與中性線之間的電壓。

【五、習(xí)題】

一、是非題：6；二、選擇題：1；三、填空題：1、2、3、40

【課題】

3.2三相負(fù)載的連接

【教學(xué)目標(biāo)】

解釋三相交流電路中三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)和中性線的作用。描述三相交流電路

中三相對(duì)稱負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)。

【教學(xué)重點(diǎn)】

1.三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)。

2.中性線的作用。

【教學(xué)難點(diǎn)】

1.中性線的作用。

2.三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)分析。

【教學(xué)過程】

【一、復(fù)習(xí)】

1.三相交流電源的概念。

2.相電壓和線電壓的概念及相互關(guān)系。

【二、引入新課】

三相交流電路可分成三相交流電源系統(tǒng)和三相交流負(fù)載系統(tǒng)。企業(yè)供電時(shí)應(yīng)重

點(diǎn)考察其三相交流負(fù)載的情況，只有這樣才能安全供電、節(jié)約用電和計(jì)劃用電。

【三、講授新課】

3.2.1三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)及中性線作用

1.三相負(fù)載：由三相電源供電的負(fù)載。

2.三相對(duì)稱負(fù)載：它們的每一相阻抗是完全相同的(例如三相交流電動(dòng)

機(jī))。

3.三相不對(duì)稱負(fù)載：它們的每一相阻抗是不相等的(例如家用電器和電燈，

這類負(fù)載通常是按照盡量平均分配的方式接入三相交流電源)。三個(gè)單相負(fù)載分別

連接在對(duì)應(yīng)相電壓上，采用的是三相四線制供電方式。

兩類三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)接線圖如圖3.4所示。

不對(duì)■稱三相仇我對(duì)稱三相仇政

圖3.4三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)

4.線電流：在圖3.5(a)電路圖中，三根端線上的電流川、N、YW。

5.相電流：在圖3.5(a)電路圖中，流經(jīng)負(fù)載的電流川N、7VN、YWN。

當(dāng)負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流，即

川=1UN,JV=7VN,/=YWN

或

1LiP

相電流與對(duì)應(yīng)相電壓之間的夾角由負(fù)載的性質(zhì)決定，假設(shè)各相負(fù)載阻抗相

等，性質(zhì)相同(稱為對(duì)稱負(fù)載)可得矢量圖，如圖3.5(b)所示。

(a)三相四線制星形聯(lián)結(jié)(b)矢量圖

圖3.5三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)電路圖和矢量圖

在圖3.5(b)所示矢量圖中，相電壓與相電流的關(guān)系為

一&

5e=anccosT

141

9.、.arvoos-------

|Z.|

中性線電流為線電流(或相電流)的矢量和

對(duì)于三相對(duì)稱負(fù)載，在對(duì)稱三相電源作用下，三相對(duì)稱負(fù)載的中性線電流等于

零。對(duì)于電流是瞬時(shí)值，三相電流的代數(shù)和也為零，即

iN=川+/V+7W=0

對(duì)稱負(fù)載下中性線便可以省去不用。電路變成如圖3.7所示的三相三線制星形

聯(lián)結(jié)。

圖3.7三相三線制星形聯(lián)結(jié)

三相負(fù)載不對(duì)稱的情況舉例：

圖3.8為一般的生活照明線路，此時(shí)的負(fù)載為三相不對(duì)稱負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)，所

以其中性線電流不為零，那么中性線也就不能省去，否則會(huì)造成負(fù)載無(wú)法正常工

作。

u

圖3.8中性線的作用

在圖3.8中，若線電壓為380V,中性線連接正常，雖然各相負(fù)載不對(duì)稱，它

們?nèi)匀荒軌蛘９ぷ鳌?/p>

如果沒有中性線，就變成U相和V相白熾燈串聯(lián)后連接在線電壓RV上，V相

白熾燈所分得的電壓超過其額定值220V而特別亮，而U相白熾燈所分得的電壓會(huì)

低于額定值而發(fā)暗。若長(zhǎng)時(shí)間使用，會(huì)使V相白熾燈燒毀，進(jìn)而導(dǎo)致U相白熾燈也

因電路不通而熄滅。

在三相四線制供電線路中，中性線上不允許安裝熔斷器等短路或過流保護(hù)裝

置。

3.2.2對(duì)稱負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)

圖3.9(a)、(b)為對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)圖和電路圖。

(a)聯(lián)結(jié)圖(b)電路圖

圖3.9三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)

每相負(fù)載兩端得到的都是電源線電壓，而各相負(fù)載中流經(jīng)的相電流,

,■＞與對(duì)應(yīng)的線電流，、，、是不相等的。

在圖3.10中，三相負(fù)載的相電流互差120。，所得到的三個(gè)線電流也是對(duì)稱

的，并且在數(shù)值上線電流是相電流的倍，即

IL=IP

［例3.2］三相交流電動(dòng)機(jī)的定子繞組可看成是三相對(duì)稱負(fù)載，正常運(yùn)行在三

角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)常采用星形聯(lián)結(jié)起動(dòng)，以達(dá)到降低起動(dòng)電流的目的。若三相電動(dòng)

機(jī)每相繞組的電阻為6,感抗為8,電源線電壓為380Vo試比較兩種聯(lián)結(jié)相電

流和線電流。

［解］電動(dòng)機(jī)每相繞組的阻抗值為

|Z|,v?KQ=10Q

(1)當(dāng)繞組按星形聯(lián)結(jié)時(shí)，由

況=很

可得相電壓為

IP=V=220V

相電流和線電流為

V,220

兀=/P=1/ioA=22A

(2)當(dāng)繞組按三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，每相繞組得到的是電源線電壓，即

IP=UL=380V

相電流為

U,180

JP=z10A=38A

線電流為

/L=/P=38A=65.8A

可見：(1)星形聯(lián)結(jié)時(shí)相電流為22A,三角形聯(lián)結(jié)時(shí)相電流為38A,其比值

22AI

為w.石。即三角形聯(lián)結(jié)是星形聯(lián)結(jié)相電流的倍。

(2)星形聯(lián)結(jié)時(shí)線電流為22A,三角形聯(lián)結(jié)時(shí)線電流為65.8A,其比值為

22AI

訴「J。即三角形聯(lián)結(jié)是星形聯(lián)結(jié)線電流的3倍。

所以三相交流電動(dòng)機(jī)采用星形起動(dòng)、三角形運(yùn)行的工作方式，可以有效減少起

動(dòng)電流。

【四、小結(jié)】

1.三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)：IL=%，7L=TPo

2.中性線不能開路，更不允許安裝熔斷器和開關(guān)，同時(shí)負(fù)載應(yīng)盡量平均分配

在各相負(fù)載上。

3.三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)：勿=很，?=7P。

【五、習(xí)題】

一、是非題：1、2、3、4、5、7、8；二、選擇題：2、3、4、5、6；三、填空

題：5、6、7；四、計(jì)算題：1、2o

【課題】

3.3三相電功率

【教學(xué)目標(biāo)】

了解三相電電功率的概念。

【教學(xué)重點(diǎn)】

三相電路電功率分析與計(jì)算。

【教學(xué)難點(diǎn)】

三相電路電功率分析與計(jì)算。

【教學(xué)過程】

【一、復(fù)習(xí)】

單相交流電路有功功率、無(wú)功功率和視在功率的概念及計(jì)算公式。

【二、引入新課】

三相交流電路功率的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，在本節(jié)內(nèi)容中只介紹較容易

的對(duì)稱負(fù)載三相交流電路功率的計(jì)算。

【三、講授新課】

3.3三相電功率

三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)

P=3UJ.cm3

Q■3￡/P/rsin?1

另外，

P■VjUL/tcus<P?

Gujisinr

S.V3t/L/L

［例3.3］三相對(duì)稱負(fù)載，每相的電阻為6,感抗為8,接入線電壓為380V

的三相交流電源。試比較星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)兩種接法時(shí)消耗的三相電功率。

［解］每相繞組的阻抗為

|Z|'■:*=I。

(1)星形聯(lián)結(jié)時(shí)，負(fù)載的相電壓為

U,380

UP=<3CV=220V

相電流和線電流關(guān)系為

U,220

九=TP=I〃l<）A=22A

負(fù)載功率因數(shù)

R6

cos=/?"=0.6

所以星形聯(lián)結(jié)時(shí)三相總有功功率為

P=ULILeos=380220.6W=8.7kW

（2）若改為三角形聯(lián)結(jié)，負(fù)載的相電壓等于電源的線電壓