第五章、三相交流電路VIP

1、第五章、三相交流電路5.1三相交流電的產(chǎn)生教學(xué)目的：了解三相交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理授課方式掌握三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)及表示熟悉三相交流電的相序、意義及表示講授及多媒體教學(xué)重點(diǎn)：三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)授課對(duì)象三相交流電的相序教學(xué)難點(diǎn)：三相交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理教 學(xué) 內(nèi) 容 參 考 教 法復(fù)習(xí)引題：1直流電源種類；2單相正弦交流的產(chǎn)生（用于生活照明）3動(dòng)力線路中交流電為三相交流電：三相交流電的產(chǎn)生定義：是三個(gè)單相交流電源以頻率相同、最大值相同、相位分別相差1200方式組合起來(lái)的電源形式。復(fù)習(xí)提問(wèn)開(kāi)門見(jiàn)山一、三相交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生簡(jiǎn)介三相電機(jī)模型：組成定子磁極、轉(zhuǎn)子電樞定義繞組為勵(lì)磁繞組，直

2、流電流形成磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子繞組為三相：U1U2、V1V2和W1W2，說(shuō)明始端、末端；三繞組對(duì)應(yīng)U、V、W相。強(qiáng)調(diào)彼此按夾角120°放置，當(dāng)轉(zhuǎn)子以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。二、對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)1定義：振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120°的三個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱為對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)。2對(duì)稱三相電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為第一相(U相)電動(dòng)勢(shì)： e1=Emsinwt第二相(V相)電動(dòng)勢(shì)： e2 = Emsin(wt - 120°)利用多媒體介紹三相交流電產(chǎn)生投影圖5-1說(shuō)明結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)介機(jī)械角度和電角度畫波形圖結(jié)合圖說(shuō)明超前240°與滯后120°關(guān)系及波形圖畫法 第

3、三相(W相)電動(dòng)勢(shì)： e3 = Emsin(w t - 240°)= Emsin(w t + 120°) 3波形圖表示：見(jiàn)右圖由波形圖在任一時(shí)刻，有e1 + e2 + e3 = 0。 即在任一時(shí)刻，有三相對(duì)稱交流電的電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值之和為零。4有效值相量：畫出相量圖，利用相量合成法則得：結(jié)論：三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)的相量之和等于0。 三、相序1 定義：三相電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。分類：正相序：e1比e2超前120°，e2比e3超前120°，而e3比e1超前120°，稱這種相序稱為正相序或順相序。 反相序：如果e1比e3超前120

4、6;，e3比e2超前120°，e2 比e1超前說(shuō)明：e1、e2、e3對(duì)應(yīng)工程U、V、W相120°，稱這種相序?yàn)樨?fù)相序或逆相序。2相序工程意義：是一個(gè)十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運(yùn)行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。 3相序的測(cè)定：電力工程中用相序器測(cè)定。說(shuō)明電機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用的角度要求學(xué)生能注意電力系統(tǒng)中中關(guān)于顏色的規(guī)定及意義總結(jié)： 三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)由三相交流電動(dòng)機(jī)將其它形式的能轉(zhuǎn)化來(lái)的三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)有最大值大小相等、頻率相同、彼此相差點(diǎn)120°可用瞬時(shí)值表達(dá)式、波形圖及相量形式表示。使用

5、三相交流電必須注意相序問(wèn)題。三、應(yīng)用舉例：例：在三相交流對(duì)稱電源中，已知其中一相電動(dòng)勢(shì)e1 = 311msin(314t + 30°)V，試寫出其它兩相電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式，并畫出有效值相量圖。解：根據(jù)三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢(shì)有最大值大小相等、頻率相同、彼此相差點(diǎn)120°特點(diǎn)：e2 = 311msin(314t + 30°+120°) =311msin(314t + 150°)Ve3 = 311msin(314t + 150°+120°) =311msin(314t - 90°)V根據(jù)交流電周期性畫圖說(shuō)明超前270°與

6、滯后90°的關(guān)系根據(jù)表達(dá)式可得E = 220V根據(jù)相量畫出相量圖右圖示根據(jù)相量圖說(shuō)明三電動(dòng)勢(shì)的相序： e1 超前e3 、e3 超前e2 和 e2 超前e1 、e1 超前e3是一致的。板書正相序：U-V-W、V-W-U、W-U-V反相序：V-U-W、W-V-U、U-W-V結(jié)合畫波形圖，加強(qiáng)學(xué)生的理解。學(xué)生練習(xí)：三相交流對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)，已知其中一相電動(dòng)勢(shì)e1 = 7.07sin(wt + 90°)V，試寫出其它兩相電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式，畫出有效值相量圖作業(yè)： Page 146: No 2 課堂討論 Page 165: No 5.15.2三相電源的聯(lián)接教學(xué)目的：授課方式熟悉掌握三相對(duì)稱電源的

7、星形和三角形接法講授掌握星形和三角形接法的線、相電壓關(guān)系能利用星形和三角形接法的線、相電壓關(guān)系進(jìn)行相關(guān)計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)：授課對(duì)象星形和三角形接法的線、相電壓關(guān)系利用兩種線、相電壓關(guān)系進(jìn)行相關(guān)計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)：兩種線、相電壓關(guān)系進(jìn)行相關(guān)計(jì)算應(yīng)用教 學(xué) 內(nèi) 容 參 考 教 法復(fù)習(xí)引題：1復(fù)習(xí)三相對(duì)稱電源的特點(diǎn)。2由供電線路中存在著可以提供220V照明電壓和動(dòng)力中380V電壓說(shuō)明同樣三相電源采用不同接法引入：三相電源的聯(lián)接 提問(wèn)一、 三相電源的接法分類：針對(duì)三相對(duì)稱電源接法三相電源有星形(亦稱Y形)接法和三角形(亦稱 D 形)接法兩種。三相電機(jī)的三繞組：U2-U1、V2-V1、W2-W1 ，三相繞組的末端U

8、2、V2、W2(相尾)連接在一點(diǎn)，始端U1、V1、W1(相頭) 二、三相對(duì)稱電源的星形(Y形)接法1接法與表示：將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2、W2(相尾)連接在一點(diǎn)，始端U1、V1、W1(相頭)分別與負(fù)載相連，這種連接方法叫做星形(Y形)連接。相關(guān)術(shù)語(yǔ)：1火線：從三相電源三個(gè)相頭U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)線L1、L2、L3叫作端線或相線，俗稱火線。2線電壓：任意兩個(gè)火線之間的電壓叫做線電壓。每一火線與中點(diǎn)間電壓叫相電壓。3 中點(diǎn)及零線：Y形公共聯(lián)結(jié)點(diǎn)N叫作中點(diǎn)，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線叫做中線或零線。投影圖5-5說(shuō)明接法，名稱、表示4 三相四線制：由三根相線和一根中線組成的輸電方式叫做三相四

9、線制(通常在低壓配電中采用)。5相電壓：每相繞組始端與末端之間的電壓(即相線與中線之間的電壓)叫做相電壓。表示為uU、uV、uW6線電壓：任意兩相始端之間的電壓(即火線與火線之間的電壓)叫做線電壓，它們的瞬時(shí)值用uL1-2、uL2-3、uL3-1來(lái)表示2形接法線、相電壓關(guān)系：1三相對(duì)稱相電壓：由于電動(dòng)勢(shì)為對(duì)稱的，顯然三個(gè)相電壓uU、uV、uW也是對(duì)稱的。相電壓大小(有效值)均相等，表示為UU = UV = UW = UP2三相對(duì)稱線電壓：由形接法的相量圖理解線電壓間關(guān)系。說(shuō)明：線電壓等于對(duì)應(yīng)兩相電壓之差即：uL1-2=uU - uVuL2-3= uV -uW uL3-1= uW -uV根據(jù)正弦

10、交流電瞬時(shí)值求和差可轉(zhuǎn)化為有效值相量的和差求解投影上圖5-6結(jié)論：三個(gè)線電壓也是對(duì)稱的。1大小(有效值)均相等為U L1-2 = U L2-3 = U L3-1 = UL =UP2相位關(guān)系：線電壓比相應(yīng)的相電壓超前30°，如線電壓u12比相電壓u1超前30°，線電壓u23比相電壓u2超前30°，線電壓u31比相電壓u3超前30°。三、三相電源的三角形(形)接法1 接法：將三相發(fā)電機(jī)的第二繞組始端V1與第一繞組的末端 U2相連、第三繞組始端W1與第二繞組的末端V2相連、第一繞組始端U1與第三繞組的末端W2相連，并從三個(gè)始端U1、V1、W1引出三根導(dǎo)線分別與

11、負(fù)載相連，這種連接方法叫做三角形(形)連接。2線、相電壓關(guān)系：結(jié)合電路說(shuō)明uL1-2=uU 、uL2-3= uV 、uL3-1= uW 有 即線電壓和對(duì)應(yīng)相相電壓相位同相線電壓和相電壓有效值大小相等UL = Up3注意事項(xiàng)：這種沒(méi)有中線、只有三根相線的輸電方式叫做三相三線制。特別需要注意：在工業(yè)用電系統(tǒng)中如果只引出三根導(dǎo)線(三相三線制)，那么就都是火線(沒(méi)有中線)，這時(shí)所說(shuō)的三相電壓大小均指線電壓UL；而民用電源則需要引出中線，所說(shuō)的電壓大小均指相電壓UP。結(jié)合相量圖說(shuō)明分別求解三線電壓投影圖5-7說(shuō)明四、應(yīng)用舉例：例1：已知發(fā)電機(jī)三相繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小均為E = 220 V，試求：(1)

12、三相電源為Y形接法時(shí)的相電壓UP與線電壓UL；(2) 三相電源為 D 形接法時(shí)的相電壓UP與線電壓UL。解：(1) 三相電源Y形接法：相電壓UP = E = 220 V， 線電壓UL »Up = 380 V(2) 三相電源 D 形接法：相電壓UP = E = 220 V， 線電壓UL = Up = 220 V。例2：星形聯(lián)接的三相對(duì)稱電源線電壓為380V，試以u(píng)U相為參照，分別寫出uU 、uU 、uL1-2 、uL2-3、uL3-1 的表達(dá)式。 解：該題給出線電壓有效值大小，由于星形接法，利用線相電壓關(guān)系得：Up = 220 V 以u(píng)U相為參照，設(shè)其初相為0，角頻率.有uU=311s

13、inwt VUV=311sin（wt+1200）VUW=311sin（wt-1200）VuL1-2=540sin（wt+300）VuL2-3=540sin（wt+1500）VuL3-1=540sin（wt-900）V各表達(dá)式見(jiàn)右側(cè)五、學(xué)生仿照練習(xí)：已知三相交流電源的相電壓為600V，接成星形，線電壓多大？若已知U相初相為300,寫出所有相電壓和線電壓的解析式。分析：本題除線、相電壓大小關(guān)系外，理解每相電壓相位差120°，設(shè)角頻率；每線電壓比對(duì)應(yīng)相電壓超前30°?？偨Y(jié)：三相對(duì)稱電源有星形和三角形聯(lián)接兩種方式，不同聯(lián)接線相電壓的大小及相位關(guān)系不一樣，在分析應(yīng)用中必須加以正確判斷

14、和掌握正確理解星形和三角形接法在實(shí)際應(yīng)用中很重要。作業(yè)： Page 148: No 2 課堂討論 Page 165: No 5.35.3三相負(fù)載的連接教學(xué)目的：授課形式 1理解三相對(duì)稱負(fù)載含義2掌握兩種負(fù)載接法線電壓、相電壓間關(guān)系；線相電流間關(guān)系講授3熟悉掌握兩種接法的計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)：授課對(duì)象兩種負(fù)載接法線電壓、相電壓間關(guān)系；線相電流間關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)：負(fù)載兩種接法理解教 學(xué) 內(nèi) 容 參 考 教 法復(fù)習(xí)：1何謂三相對(duì)稱電源； 2三相電源兩種接法及線、相電壓提問(wèn)、小結(jié)概括關(guān)系； 3低壓供電線路中采用接法方式。引入三相電路中負(fù)載的接法：三相負(fù)載接法一、 單相與三相負(fù)載：?jiǎn)蜗嘭?fù)載：如電燈、電烙鐵、電冰箱等

15、，接于一相線及零線間三相負(fù)載：如三相異步電動(dòng)機(jī)、三相工業(yè)電爐，須接于三相電壓才能正常工作的負(fù)載。二、 三相對(duì)稱負(fù)載；定義：每一單相負(fù)載的阻抗及阻抗角均一致的三相負(fù)載。即復(fù)阻抗一致相等。否則：稱不對(duì)稱負(fù)載。以下下討論均為對(duì)稱負(fù)載。三相對(duì)稱負(fù)載的接法同電源一樣兩種：星形和三角形接法三、負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)：1畫圖說(shuō)明：三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)： 該接法有三根火線和一根零線，叫做三相四線制電路，在這種電路中三相電源也是必須是Y形接法，所以又叫做YY接法的三相電路。2線、相電壓關(guān)系： 不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中的線電壓UL都等于負(fù)載相電壓UYP的倍，即 UL =UYP3線、相電流關(guān)系： 負(fù)載的相電流IYP等

16、于線電流IYL，即 IYL = IYP當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對(duì)稱(稱為YY形對(duì)稱三相電路)。即各相電流(或各線電流)振幅相等、頻率相同、相位彼此相差120°。4中線電流： 根據(jù)對(duì)稱電流中線電流為零。理論上中線可以去掉，即形成三相三線制電路。說(shuō)明：對(duì)于對(duì)稱負(fù)載，不必關(guān)心電源的接法，只需關(guān)心負(fù)載的接法。小結(jié)： 三相對(duì)稱電路對(duì)稱電源、對(duì)稱負(fù)載中1線、相電流及線、相電壓亦對(duì)稱。2中線電流為零。非對(duì)稱不為零，不能省利用KCL說(shuō)明中線電流說(shuō)明實(shí)際中線不能省且不能加裝保險(xiǎn)絲和和開(kāi)關(guān)星形接法應(yīng)用舉例：1在負(fù)載作形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路中，已知每相負(fù)載均為|Z|= 20

17、 W，設(shè)線電壓UL = 380V，試求：各相電流(也就是線電流)。解：在對(duì)稱形負(fù)載中，相電壓相電流(即線電流)為三、負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)畫圖說(shuō)明Y-D接負(fù)載做 D 形聯(lián)結(jié)時(shí)只能形成三相三線制電路。1 線、相電壓關(guān)系： 不管負(fù)載是否對(duì)稱(相等)，電路中負(fù)載相電壓UDP都等于線電壓UL，即 UDP = UL2 線相電流關(guān)系：當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，即各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對(duì)稱。負(fù)載的相電流為 線電流IDL等于相電流IDP的倍，即 說(shuō)明對(duì)稱電路計(jì)算時(shí)每相當(dāng)作單相電路計(jì)算。求法同單相電路規(guī)律，由于對(duì)稱僅此求一相即可畫D-D簡(jiǎn)介線、相電壓、電流小結(jié)：三相對(duì)稱電路對(duì)稱電源、對(duì)稱負(fù)載中1線、相電流及線

18、即相電壓亦對(duì)稱。2線電壓=相電壓、線電流是倍相電流三角形應(yīng)用舉例：2在對(duì)稱三相電路中，負(fù)載作 D 形聯(lián)接， 已知每相負(fù)載均為|Z|= 50 W，設(shè)線電壓UL = 380 V，試求各相電流和線電流。比較負(fù)載星形接法說(shuō)明板書解：在 D 形負(fù)載中，相電壓等于線電壓，即UDP = UL，則相電流 四、練習(xí)提高：3三相發(fā)電機(jī)是星形接法，負(fù)載也是星形接法，發(fā)電機(jī)的相電壓Up = 1000 V，每相負(fù)載電阻均為R = 50 kW，XL = 25 kW。試求：(1) 相電流；(2) 線電流；(3) 線電壓。解題強(qiáng)調(diào)畫圖結(jié)合教材例5.6投影，學(xué)生練習(xí)，分析結(jié)論：同一三相負(fù)載在相同電源下和不同接法，Y和D接法電流

19、相差倍。應(yīng)用：三相電動(dòng)機(jī)采用Y-D換接是為降壓，減小起動(dòng)電流。解： (1) 相電流 (2)線電流 IL = IP = 17.9 mA(3)線電壓 UL =UP = 1732 V五、總結(jié)：通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)要理解三相對(duì)稱負(fù)載含義，掌握兩種負(fù)載接法線電壓、相電壓間關(guān)系；線相電流間關(guān)系。作業(yè):Page165 No5.4、5.65.4三相電路的功率教學(xué)目的：授課形式1掌握三相交流電路中有功功率、無(wú)功功率及視在功率2理解三功率與單相功率關(guān)系講授3會(huì)進(jìn)行相關(guān)功率的計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)：授課對(duì)象三相交流電路中有功功率、無(wú)功功率及視在功率功率的計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)：教 學(xué) 內(nèi) 容 及 備 注復(fù)習(xí)：1三相交流負(fù)載電路中不同接法中線

20、、相電流及電壓間關(guān)系提問(wèn)：并要求學(xué)生畫圖2單相交流電路中有功功率、無(wú)功功率及視在功率定義3引入:三相電路的功率板書新授：一、 三相交流電路中有功功率、無(wú)功功率、視在功率：定義：三相電路的功率等于各相功率的總和。三相負(fù)載的有功功率等于各相有功功率之和，即P = PU + PV + PW三相負(fù)載的無(wú)功功率等于各相無(wú)功功率之和，即Q = QU + QV + QW三相負(fù)載的視在功率等于各相視在功率之和，即S = SU + SV + SW分析：在對(duì)稱三相電路中，無(wú)論負(fù)載是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，由于各相負(fù)載相同、各相電壓大小相等、各相電流也相等，所以三相功率為 P=3PP Q=3QP S=3SP二、 功率公式：1 相電壓、電流功率公式： 有功功率： 無(wú)功功率： 視在功率： 其中 j 為對(duì)稱負(fù)載的阻抗角，也是負(fù)載相電壓與相電流之間的相位差。三相電路的功率因數(shù)為2 線電壓、電流功率公式：分負(fù)載兩種接法 1負(fù)載星形接法：UL =UYP IYL = IYP 2負(fù)載星形接法：UDP = UL 分別代入相電流、電壓表達(dá)式有： 有功功率： 無(wú)功功率： 視在功率：復(fù)習(xí)j求法提問(wèn)阻抗角的求法，及功率因素的意義及提高