三相交流电路教案3.doc

教 案

课 程 名 称 电机学
授 课 教 师 荣红梅
职 称 中学一级教师
系 部 机电系
教 研 室 自动化教研室
授 课 对 象 09发电厂
学 年 学 期 2010—2011学年第一学期

2010年9月
山东大王职业学院教务处

授课题目
三相交流电路
授课类型
新授课
首次授课时间
2010 年 9 月2 日
学时
2
教学目标
1、理解交流电动势的产生
2、掌握三相电源的连接
重点与难点
1) 电动势的产生
2、三相电源的连接
教学手段与方法
课堂讲授，辅以多媒体电子课件
教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）
【授课思路】
本节课学生要有电磁方面的物理知识，在讲解与物理知识有关的内容时，先领着学生将以前学过的物理知识复习一下，然后引导学生利用相关物理知识解决遇到的问题，讲解过程中要注意学生的反映，注意与学生多交流。注意教师为主导，学生为主体的教学理念。引导学生积极参与本节课的教学。
【过程设计】
在课堂中，可以穿插一些较为实用的的举例，能够与实际相联系。注意理论联系实际的方法，启发学生的抽象思维，激发学生的学习兴趣。为上好这一节课，还要注意讲练结合、理论联系实际。
【讲解要点】
1、理解交流电动势的产生
2、掌握三相电源的连接
【导入新课】目前，电能的产生、输送和分配，基本都采用三相交流电路。
【出示目标】
1、理解直流电动机的各种平衡方程式
2、理解直流电动机的运行特性及工作特性
【具体内容】
三相交流电路
1、三相交流电动势的定义：三相交流电路就是由三个频率相同，最大值相等，相位上互差120º电角的正弦电动势组成的电路。这样的三个电动势称为三相对称电动势。
2、广泛应用三相交流电路的原因，是因为它具有以下优点：
(1)在相同体积下，三相发电机输出功率比单相发电机大；
(2)在输送功率相等、电压相同、输电距离和线路损耗都相同的情况下，三相制输电比单相输电节省输电线材料，输电成本低；
(3)与单相电动机相比，三相电动机结构简单，价格低廉，性能良好，维护使用方便。
目前，三相交流电路虽己得到广泛的应用，但在输送交流电的过程中，由于电流的交变引起周围磁场的变化，造成对周围通讯线路的干扰，而且输电线路上的损耗仍比较大，因此出现了采用输送高压直流电来代替输送交流电的趋势。输送高压直流电，就是将发电机发出的三相交流电升压后，整流成高压直流电，经输电线路输送到终端后，再将高压直流电逆变成三相交流电，降压后供用户使用。从葛洲坝到上海的输电线路，便是采用了这种形式。
一、三相交流电动势的产生
在三相交流发电机中，定子上嵌有三个具有相同匝数和尺寸的绕组AX、BY、CZ。其中A、B、C分别为三个绕组的首端，X、Y、Z分别为绕组的末端。绕组在空间的位置彼此相差120º (两极电机)。
当转子磁场在空间按正弦规律分布、转子恒速旋转时，三相绕组中将感应出三相正弦电动势eA,eB,eC，分别称作A相电动势、B相电动势和C相电动势。它们的频率相同，振幅相等，相位上互差120 º电角。
规定三相电动势的正方向是从绕组的末端指向首端。三相电动势的瞬时值为
eA＝Emsinωt
eB＝Emsin(ωt-120o)
eC＝Emsin(ωt-240o)
＝Emsin(ωt+120o)
波形图、矢量图分别如图2-20(a)、(b)所示。任一瞬时，三相对称电动势之和为零，即
eA+eB+eC＝O

EC

120º EA
120º
120º

EB
图2-20（b） 矢量图

eA eB eC

O ωt

图2-20 （a）三相电动势波形图

二、三相电源的连接
三相发电机的三个绕组连接方式有两种，一种叫星形(Y)接法，另一种叫三角形（△）接法。
1．星形(Y)接法
若将电源的三个绕组末端X、Y、Z连在一点O，而将三个首端作为输出端，如图2-21所示，则这种连接方式称为星形接法。
在星形接法中，末端连接点称作中点，中点的引出线称为中线(或零线)，三绕组首端的引出线称作端线或相线(俗称火线)。这种从电源引出四根线的供电方式称为三相四线制。
在三相四线制中，端线与中线之间的电压uA、uB、uC称为相电压，它们的有效值用UA、UB、UC或U相表示。当忽略电源内阻抗时，UA＝EA，UB＝EB，UC＝EC，且相位上互差120o电角，所以三相相电压是对称的。规定U相的正方向是从端线指向中线。
在三相四线制中，任意两根相线之间的电压uAB、uBC、uCA、称作线电压，其有效值用UAB、UBC、UCA或U线表示，规定正方向由脚标字母的先后顺序标明。例如，线电压UAB的正方向是由A指向B，书写时顺序不能颠倒，否则相位上相差180o。从接线图2-21中可得出线电压和相电压之间的关系，其对应的矢量式为：
UAB = UA – UB
UBC = UB – UC
UCA = UC – UA
根据矢量表示式可画出三相四线制的电压矢量图,如图2-22所示。从矢量图的几何关系可求得线电压有效值为
UAB = 2UAcos30º = UA
UBC = UB
UCA = UC
或 U线 = U相 式中；U线 —— 三相对称电源线电压；
-UA
UC UAB
UCA -UB
UA

UB

UBC
-UC

图 2-22 三相电源星形接法电压矢量图
U相 —— 三相对称电源相电压。
A A

uA uAB uCA
eA
X O O
eC Z Y uB
C eB B uC
uBC B
C
图2-21 三相电源星形接法

从矢量图还可得出，三个线电压在相位上互差120 º，故线电压也是对称的。
星形连接的三相电源，有时只引出三根端线，不引出中线。这种供电方式称作三相三线制。它只能提供线电压，主要在高压输电时采用。
例2.9 已知三相交流电源相电压U相＝220V，求线电压U线。
解：线电压
U线 = U相 = ×220 ≈ 380V
由此可见，我们平日所用的220 V电压是指相电压，即火线和中线之间的电压，380V电压是指火线和火线之间的电压，即线电压。所以，三相四线制供电方式可给我们提供两种电压。
2．三相电源的三角形连接(△)接法
除了星形连接以外，电源的三个绕组还可以连接成三角形。即把一相绕组的首端与另一相绕组的末端依次连接，再从三个接点处分别引出端线，如图2-23所示。按这种接法，在三相绕组闭合回路中，有
eA + eB + eC ＝ O
所以回路中无环路电流。若有一相绕组首末端接错，则在三相绕组中将产生很大环流，致使发电机烧毁。
A(Z) A
- + eA uAB
eC - B(X) uCA B
+ + uBC
C(Y) - eB C

图 2-23 三相电源三角形接法

发电机绕组很少用三角形接法，但作为三相电源用的三相变压器绕组，星形和三角形两种接法都会用到。

学生
活动

学生思考

理解三相交流电动势的概念

理解三相交流电动势的形成

思考题、讨论题、作业
作业：能够掌握三相交流电动势相量图。
教学后记
同学们的接受能力还可以，但前期的知识掌握前扎实

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