第五章、三相交流电路

第五章、三相交流电路
5.1 三相交流电的产生 教学目的：了解三相交流发电机结构及工作原理
掌握三相对称交流电动势的特点及表示 熟悉三相交流电的相序、意义及表示 教学重点：三相对称交流电动势的特点 三相交流电的相序 教学难点：三相交流发电机结构及工作原理 授课方式 讲授及多媒体 授课对象
120°，称这种相序为负相序或逆相序。 [2]相序工程意义：是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安 全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出 U 相，用绿色标出 V 相，用红色标出 W 相。 [3]相序的测定：电力工程中用相序器测定。 总结： 三相正弦交流电动势由三相交流电动机将其它形式的能转化来的 三相对称交流电动势有最大值大小相等、频率相同、彼此相差点 120° 可用瞬时值表达式、波形图及相量形式表示。使用三相交流电必须注 意相序问题。 三、应用举例： 例：在三相交流对称电源中，已知其中一相电动势 e1 = 311msin(314t + 30°)V，试写出其它两相电动势表达式，并画出有效值相量图。 解：根据三相对称交流电动势有最大值大小相等、频率相同、彼此相 差点 120°特点：e2 = 311msin(314t + 30°+120°) =311msin(314t + 150°)V e3 = 311msin(314t + 150°+120°) =311msin(314t - 90°)V 根据表达式可得 E = 220V
授课对象
教
学
内
容
参 考 教 法
提问
复习引题：[1]复习三相对称电源的特点。 [2]由供电线路中存在着可以提供 220V 照明电压和动力中 380V 电压说 明同样三相电源采用不同接法引入：三相电源的联接
[1]大小(有效值)均相等为 U L1-2 = U L2-3 = U L3-1 = UL = 3 UP [2]相位关系：线电压比相应的相电压超前 30°，如线电压 u12 比相 电压 u1 超前 30°，线电压 u23 比相电压 u2 超前 30°，线电压 u31 比相电压 u3 超前 30°。 三、三相电源的三角形(△形)接法 [1]接法： 将三相发电机的第二绕组始端 V1 与第一绕组的末端 U2 相连、 第三绕组始端 W1 与第二绕组的末端 V2 相连、第一绕组始端 U1 与 第三绕组的末端 W2 相连，并从三个始端 U1、V1、W1 引出三根导线 分别与负载相连，这种连接方法叫做三角形(△形)连接。 投影图 5-7 说明 [2]线、相电压关系：结合电路说明 uL1-2=uU 、uL2-3= uV 、uL3-1= uW 有 即线电压和对应相相电压相位同相 线电压和相电压有效值大小相等 UL = Up [3]注意事项：这种没有中线、只有三根相线的输电方式叫做三相三线 制。 特别需要注意：在工业用电系统中如果只引出三根导线(三相三线 制)，那么就都是火线(没有中线)，这时所说的三相电压大小均指线电 压 UL；而民用电源则需要引出中线，所说的电压大小均指相电压 UP。 四、应用举例： 例[1]：已知发电机三相绕组产生的电动势大小均为 E = 220 V，试求： (1) 三相电源为 Y 形接法时的相电压 UP 与线电压 UL； 三相电源为 ∆ (2) 形接法时的相电压 UP 与线电压 UL。 解：(1) 三相电源 Y 形接法：相电压 UP = E = 220 V， 线电压 UL ≈ 3 Up = 380 V (2) 三相电源 ∆ 形接法：相电压 UP = E = 220 V， 线电压 UL = Up = 220 V。 例[2]：星形联接的三相对称电源线电压为 380V，试以 uU 相为参照， 分别写出 uU 、uU 、uL1-2 、uL2-3、uL3-1 的表达式。 解：该题给出线电压有效值大小，由于星形接法，利用线相电压关系 得：Up = 220 V 以 uU 相为参照，设其初相为 0，角频率ω.有 uU=311sinωt V 各表达式见右侧 五、学生仿照练习： 已知三相交流电源的相电压为 600V，接成星形，线电压多大？若 0 已知 U 相初相为 30 ,写出所有相电压和线电压的解析式。 分析：本题除线、相电压大小关系外，理解每相电压相位差 120°，设 角频率ω；每线电压比对应相电压超前 30°。 总结：三相对称电源有星形和三角形联接两种方式，不同联接线相电 压的大小及相位关系不一样，在分析应用中必须加以正确判断和掌握 正确理解星形和三角形接法在实际应用中很重要。 作业： Page 148: No 2 课堂讨论 Page 165: No 5.3
授课形式 讲授 授课对象
星形接法应用举例：[1]在负载作Ｙ形联接的对称三相电路中，已知每 相负载均为|Z|= 20 Ω，设线电压 UL = 380V，试求：各相电流(也就是线 U 电流)。解：在对称Ｙ形负载中，相电压 U YP = L ≈ 220 V 3 相电流(即线电流)为 I YP =
U YP 220 = = 11 A Z 20
结合相量图说明分别求解 三线电压
一、三相电源的接法分类：{针对三相对称电源接法} 三相电源有星形(亦称 Y 形)接法和三角形(亦称 ∆ 形)接法两种。 三相电机的三绕组：U2-U1、V2-V1、W2-W1 ，三相绕组的末端 U2、V2、 W2(相尾)连接在一点，始端 U1、V1、W1(相头) 二、三相对称电源的星形(Y 形)接法 1．接法与表示： 将三相发电机三相绕组的末端 U2、V2、W2(相尾)连接在一点，始端 U1、 V1、W1(相头)分别与负载相连，这种连接方法叫做星形(Y 形)连接。 相关术语： [1]火线：从三相电源三个相头 U1、V1、W1 引出的三根导线 L1、L2、L3 叫作端线或相线，俗称火线。 [2]线电压：任意两个火线之间的电压叫做线电压。每一火线与中点间 电压叫相电压。 投影图 5-5 说明接法，名 [3] 中点及零线：Y 形公共联结点 N 叫作中点，从中点引出的导线叫做 称、表示 中线或零线。 [4] 三相四线制：由三根相线和一根中线组成的输电方式叫做三相四 线制(通常在低压配电中采用)。 [5]相电压：每相绕组始端与末端之间的电压(即相线与中线之间的电 压)叫做相电压。表示为 uU、uV、uW [6]线电压：任意两相始端之间的电压(即火线与火线之间的电压)叫做 线电压，它们的瞬时值用 uL1-2、uL2-3、uL3-1 来表示 2．Ｙ形接法线、相电压关系： [1]三相对称相电压：由于电动势为对称的，显然三个相电压 uU、uV、 uW 也是对称的。相电压大小(有效值)均相等，表示为 UU = UV = UW = UP 投影上图 5-6 [2]三相对称线电压：由Ｙ形接法的相量图理解线电压间关系。 说明：线电压等于对应两相电压之差即：uL1-2=uU - uV uL2-3= uV -uW uL3-1= uW -uV 根据正弦交流电瞬时值求和差可转化为有效值相量的和差求解
UV=311sin（ωt+120 ）V 0 UW=311sin（ωt-120 ）V
0
uL1-2=540sin（ωt+300）V uL2-3=540sin（ωt+1500）V uL3-1=540sin（ωt-900）V
5.3 三相负载的连接
教学目的：
[1]理解三相对称负载含义 [2]掌握两种负载接法线电压、相电压间关系；线相电流间关系 [3]熟悉掌握两种接法的计算
三、负载的三角形联结[画图说明 Y-∆接] 负载做 ∆ 形联结时只能形成三相三线制电路。 [1]线、相电压关系： 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 = UL [2]线相电流关系： 当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一 U 定对称。负载的相电流为 I ∆P = ∆P Z 线电流 I∆L 等于相电流 I∆P 的 3 倍，即
说明对称电路计算时每相 当作单相电路计算。求法 同单相电路规律，由于对 称仅此求一相即可
教学重点：
两种负载接法线电压、相电压间关系；线相电流间关系
教学难点：
负载两种 考 教 法
提问、小结概括
复习：[1]何谓三相对称电源； [2]三相电源两种接法及线、相电压 关系； [3]低压供电线路中采用接法方式。 引入三相电路中负载的接法：三相负载接法 一、单相与三相负载： 单相负载：如电灯、电烙铁、电冰箱等，接于一相线及零线间 三相负载：如三相异步电动机、三相工业电炉，须接于三相电压 才能正常工作的负载。 二、三相对称负载； 定义：每一单相负载的阻抗及阻抗角均一致的三相负载。即复阻 抗一致相等。 否则：称不对称负载。以下下讨论均为对称负载。 三相对称负载的接法同电源一样两种：星形和三角形接法 三、负载的星形联结： [1]画图说明：三相负载的星形联结： 该接法有三根火线和一根零线，叫做三相四线制电路，在这种电 路中三相电源也是必须是 Y 形接法， 所以又叫做 Y－Y 接法的三相电路。 [2]线、相电压关系： 不管负载是否对称(相等)，电路中的线电压 UL 都等于负载相电压
说明电机正、反转实现 从应用的角度要求学生能 注意电力系统中中关于颜 色的规定及意义
教
学
内
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参 考 教 法
复习提问 开门见山
复习引题：[1]直流电源种类；[2]单相正弦交流的产生（用于生活照 明）[3]动力线路中交流电为三相交流电：三相交流电的产生 定义：是三个单相交流电源以频率相同、最大值相同、相位分别相差 0 120 方式组合起来的电源形式。 一、三相交流电动势的产生 简介三相电机模型：组成定子{磁极}、转子{电枢} 定义绕组为励磁绕组，直流电流形成磁场 转子绕组为三相：U1U2、V1V2 和 W1W2，说明始端、末端；三绕组对应 U、V、W 相。 强调彼此按夹角 120°放置，当转子以逆时针旋转。产生对称三相 电动势。 二、对称三相电动势 [1]定义：振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差 120°的三个电 动势称为对称三相电动势。 [2]对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 第一相(U 相)电动势： e1=Emsinωt e2 = Emsin(ωt − 120°) 第二相(V 相)电动势： 第三相(W 相)电动势： e3 = Emsin(ω t - 240°)= Emsin(ω t + 120°) [3]波形图表示：见右图 由波形图在任一时刻，有 e1 + e2 + e3 = 0。 即在任一时刻，有三相对称交流电的电动势瞬时值之和为零。 [4]有效值相量：