三相交流电路

6.1 三相交流电源

一、教学目标

1、了解三相交流电的产生。

2、理解三相正弦量、相序的概念。

3、了解中性线的概念。

二、教学重点、难点分析

重点：

1、三相电路中相电压、线电压的关系。

难点：

同重点。

三、教具

正弦交流电的产生示教模型；三相交流发电机模型；灵敏电流计；交流电压表；三相电路示教板；电池；小灯泡；安培表；伏特表等．

电化教学设备。

四、教学方法

演示法、讲授法，多媒体课件。

五、教学过程

Ⅰ.导入

一、复习提问

通过提问讨论的方式共同复习“正弦交流电的产生”过程，以及正弦交流电的重要的参数及表示方法，

提问：

1．在交流电产生的过程中，矩形线圈转到什么位置时线圈中的电流最大？什么位置电流为零？（线圈平面平行磁感线：中性面）

2．两个完全相同的交流发电机，其矩形线圈也以相同的转速匀速转动，那么这两个发电机所产生的交变电动势有何异同？（交变电动势的频率、最

大值相同；达到最大值的时刻不同）

3．如果把三个相同的矩形线圈固定在同一轴上，并使之在匀强磁场中

转动，这三个线圈是否都产生电动势？为什么？（产生，穿过每个线圈回路

的磁通量都发生变化）

二、引入三相交流电

三相交流电路的优点：

1、三相交流发电机的铁心及电枢磁场较单相发电机利用充分；

2、作为三相交流电负载的三相电动机比单相电机性能好，易维护，运转时

比单相发电机的振动小；

3、理论和实践证明：在输电距离、输送功率、电压相等的条件下，三相输

电是单相输电所用导线量的四分之三；

4、采用三相四线制输电，用户可得两种不同的电压；

5、工农业生产大量使用交流电动机，三相电动机比单相电动机性能平稳可

靠。

II.新课

三相交流电源：简言之，三相交流电源是三个单相交流电源按一定方式的组合，这三个单相交流电源的频率相同、大小相等，相位彼此相差120°。

一、三相交流电动势的产生

1．三相交流电的产生．

利用“提问3”引入新课，出示三相交流模型发电机，简介其构造后，演示

三相交变电流的产生：将三个灵敏电

流计分别接到发电机的三个线圈上，摇动发电机的线圈，三个灵敏电流计都将摆动．归纳实验现象说明：三个线圈均能产生交变电动势（电流计指针来回摆动）．引导学生比较单、三相交流发电机的异同．

（1）单相交流发电机和三相交流发电机

单相发电机：只有一个线圈，产生一个交变电动势。

三相发电机：有三个互成120°的

1

V

1

W

2图1 三相交流发电机原理示意图

线圈(分别用U 1-U 2，V 1-V 2，W 1-W 2)，产生三个交变电动势（对应三个线圈为e U 、e V 、e W ）每个线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同。三相交流发电机原理示意图如图1。

（2）三相交变电流的特点

重做三相交变电流产生的演示实验，摇动线圈尽量均匀．让学生仔细观察三个电流计指针摆动的情况，并让学生思考：三个电流计指针摆动情况有何异同？它们所反映的三个交变电动势有何异同？

引导学生分析：三个交变电动势的特点：频率相同、最大值相同、达到最大值的时刻依次落后三分之一周期的形成原因

以e U 为参考正弦量，则三相电动势的瞬时表达式为

)

3

2sin()32sin(sin πωπωω+

=-==t E e t E e t

E e m W m V m U （式6-1）

（3）三相交变电流的图像

先依据正弦交变电流的图像画出U 相交变电动势的图像，然后让学生运用之前学习的相位差的知识，在同一坐标系绘出落后T/3和2T/3周期的W 相和V 相交变电动势的波形图。

图像直观地表达了三相交变电流各相电动势的异同。

三相电动势随时间按正弦规律变化，它们到达最大值（或零值）的先后

图2 对称三相电动势的波形图和旋转式量图

顺序，叫做相序。

从图2中可以看出，e U超前达最大值，又超前达最大值，这种U-V-W-U 的顺序叫正序，若相序位U-W-V-U叫负序。

二、三相四线制电源

在低压供电系统（市电220V）中常采用三相四线制供电，把三相绕组的末端U2、V2、W2连结成一个公共端点，叫做中性点（零点），用N表示，如图3所示。从中性点引出的导线叫做中性线（零线），用黑色或白色表示。中性线一般是接地的，又叫做地线。从线圈的首端U1、V1、W1引出的三根导线叫做相线（俗称火线），分别用黄、绿、红三种颜色表示。这种供电系统称作三相四线制，用符号“Y0”表示。

1、相电压U P与线电压U L

各相线与中性线之间的电压叫相电压，分别用表示U U、U V、U W其有效值。

相线与相线之间的电压叫做线电压，其有效值分别用U UV、U VW、U WU表示。

相电压与线电压参考方向的规定：

相电压的正方向是由首端指向中点N，例如电压U U是由首端U1指向中点N；线电压的方向，如电压U UV是由首端U1指向首端V1。

端线(火线)

中线(零线)

N

1

L2

L3

图3 三相四线制电源

2、相电压与线电压之间的关系

三相电源Y 型联结时的电压旋转式量图，如图4所示。三个相电压大小相等，在相位上相差

3

2π。三个相电压互相对称。

故两端线U 和V 之间的线电压应该是两个相应的相电压之差，即

U

W WU W V VW V

U UV u u u u u u u u u -=-=-= （式6-2）

线电压的大小利用几何关系可求得为

U U UV U U U 330cos 2=

=

同理可得：

V VW U U 3=

W WU U U 3=

结论：三相电路中线电压的大小是相电压的3倍，其公式为

P

L

U

U

3= （式6-3）

可以看出线电压U UV 、U VW 、U WU 分别超前相应的相电压U U 、U V 、U W 30°。三个线电压彼此间相差

3

2π，线电压也是对称。

图4 三相四线制电源电压旋转式量图