资源简介

6.1 三相交流电源
一、教学目标
了解三相交流电的产生。
理解三相正弦量、相序的概念。
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°的线圈(分别用U1-U2，V1-V2，W1-W2)，产生三个交变电动势（对应三个线圈为eU、eV、eW）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eU为参考正弦量，则三相电动势的瞬时表达式为
（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）的先后顺序，叫做相序。
从图2中可以看出，eU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UP与线电压UL
各相线与中性线之间的电压叫相电压，分别用表示UU、UV、UW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UUV、UVW、UWU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UU是由首端U1指向中点N；线电压的方向，如电压UUV是由首端U1指向首端V1。
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。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
（式6-2）
线电压的大小利用几何关系可求得为
同理可得：
结论：三相电路中线电压的大小是相电压的倍，其公式为
（式6-3）
可以看出线电压UUV、UVW、UWU分别超前相应的相电压UU、UV、UW30°。三个线电压彼此间相差，线电压也是对称。
我们平常讲的电源电压为220V，即是指向电压；将电源电压为380V，既是指线电压。
III.小结
对称三相电动势有效值相等，频率相同，各相之间的相位差为。
三相四线制的相电压和线电压都是对称的。
线电压是相电压的倍，线电压的相位超前相应的相电压。
IV. 作业
略。

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