资源简介

任务29 安装与测试三相负载星形联结电路
课 时：8课时
一、教材分析与处理
本课题选自高等教育出版社出版、崔陵主编的浙江省电气技术应用专业课程改革成果教材《电工基本电路安装与测试》项目七安装与测试三相交流电路，任务2安装与测试三相负载星形联结电路。
三相负载星形联结电路是学生学习三相交流电路的第一个电路，“安装与测试三相负载星形联结电路”是“安装与测试三相交流电路”的综合知识与技能，主要包括“安装三相负载星形联结电路、测试三相负载星形联结电路、分析三相对称负载星形联结电路的特点、分析三相不对称负载星形联结电路中性线的作用、分析三相对称负载星形联结电路的功率”等内容。教材中根据给定的三相负载、开关、导线等材料，按图连接成星形联结，测试三相交流电路的电压和电流，分析三相负载星形联结的特点。因此，根据“做中学、做中教”的教学理念，围绕“安装与测试三相负载星形联结电路”这一具体的工作任务，将教材中的教学内容划分为“安装三相负载星形联结电路、测试三相负载星形联结电路、分析三相对称负载星形联结电路的特点、分析三相不对称负载星形联结电路中性线的作用、分析三相对称负载星形联结电路的功率”等具体的任务。
二、学情分析
授课对象是电气技术应用、电气运行与控制等专业一年级学生，《电工基本电路安装与测试》是学生专业学习的第一门专业核心课程。高一学生学习基础一般，学生学习能力较弱。通过前面的学习，已学过单相交流电路，已具有学习交流电路的基础。学生对学习本课程的知识、技能有较强烈的兴趣与愿望。
三、设计理念
电工基本电路的识图、安装、测试与应用是本课程的核心技能。基于现代教育思想和教学理论，充分利用信息化技术、数字化资源和理实一体教学环境，通过转换教师角色、优化教学内容、创新教学方法、加强师生互动、注重过程评价等手段，通过“安装三相负载星形联结电路、测试三相负载星形联结电路、分析三相对称负载星形联结电路的特点、分析三相不对称负载星形联结电路中性线的作用、分析三相对称负载星形联结电路的功率”等具体的任务学习，引导学生主动探索、勤于动手、相互竞争学习，激发学生学习兴趣和参与意识，体验“学中做”、“做中学”的乐趣，引导学生通过学习安装、测试与分析三相负载星形联结电路的过程，提高学习兴趣，激发学习动力，掌握电路的安装、测试与应用核心技能。
四、教学目标
1.知识目标
（1）会区分三相对称负载与不对称负载。
（2）表述三相负载星形联结电路的连接方式。
（3）会表述三相负载星形联结电路的特点。
2.技能目标
（1）会安装与测试三相负载星形联结电路。
（2）会分析三相负载星形联结电路。
3.情感目标
（1）感受学习电气技术的乐趣，激发学习兴趣。
（2）养成仔细观察、认真记录、规范操作和安全文明生产的职业素养。
五、教学重点与难点
1.教学重点：三相负载星形联结电路分析
2.教学难点：中性线的作用
六、教法与学法
1.学法
建议根据学情设计任务书，学生根据任务书，通过小组合作学习，学习安装与测试三相负载星形联结电路，养成仔细观察、认真记录的职业素养。
2.教法
主要采用任务驱动法，以“安装、测试与分析三相负载星形联结电路”为任务主线，利用信息技术，变抽象为直观，突出重点，突破难点，达成教学目标。
七、教学准备
1.教师准备
学习任务书1份/人，三相负载、开关、交流电源、交流电流表，1套/组。
2.学生准备
按同组异质对学生进行分组，每组2人，1人为检测员，1人为记录员，操作过程中，2人互换角色。
八、课时安排
8课时
九、教学资源
教学课件（高等教育出版社中职网站http://sve..cn下载）、微视频三相负载星形联结电路、任务书（教师根据学情设计）。
十、教学实施建议
1．建议本课在具有理实一体教学功能的“电工基本电路安装与测试实训室”进行，要求实训室设置理论学习区和实践操作训练区，配备多媒体教学设备、计算机及互联网、参考资料柜、器材柜、工具柜等设施，使实训室具备知识讲授、实践操作、小组讨论、成果展示、资料检索等功能，保障学习性工作任务的实施，为完成课程设计目标提供有力支撑。
2．为了保证教学效果，建议课前培养“小导师”，作为课堂教学的助手。
3．建议为每组学生配备三相负载星形联结电路一套，以保证每位学生都能进行实践操作。
4．课堂教学组织建议采用“任务导入—任务实施—任务小结—任务拓展—评价反馈”的流程形式。
十一、教学过程
（一）任务导入
教师结合课件或实物讲解三相负载星形联结电路的应用实例，激发学生学习兴趣，明确本次课的学习任务。
（二）任务实施
任务1 安装三相负载星形联结电路
教师讲解三相对称负载和不对称负载。
负载按它对电源的要求分为单相负载和三相负载。单相负载是指用单相电源（即照明电源）供电的设备，如电灯、电炉及各种家用电器等。三相负载是指用三相电源（即动力电源）供电的设备，如三相异步电动机、三相电炉等。各相负载的大小和性质都相等的三相负载称为三相对称负载，如三相异步电动机、三相电炉等。否则，称为三相不对称负载，如三相照明电路中的负载。三相负载的连接方式有星形联结（Y）和三角形联结（△）。
教师讲解三相负载星形联结电路安装与测试操作要点。
学生小组合作，根据任务书，对照三相负载星形联结电路安装与测试的操作步骤，安装与测试三相负载星形联结电路，并将相关数据填入任务书中。
教师巡视、指导、答疑，并根据学生操作情况解疑，点评学生学习情况。
如图（a）所示，三相交流电路的电源电压为380V，每盏灯额定电压为220V，额定功率为15W。U、V相与中线之间各接1盏灯，W相与中线之间接2盏灯。实物图如图（b）所示。
（a）电路图
（b）实物图
三相负载星形联结
任务2 测试三相负载星形联结电路
（1）测试三相对称负载星形联结电路
合上电源开关QS，将L1、L2、L3灯点亮，分别测量S1闭合和断开时三相负载的电压和电流，将测量结果记入表中。并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
表 三相对称负载星形联结测量记录
中线 情况 电源相线间电压/V 负载两端电压/V 流过负载的电流/A 流过中线电流 IN (A)
UUV UVW UWU UU UV UW IU IV IW
有中线
无中线
（2）测试三相不对称负载星形联结电路
合上电源开关QS和中线开关S1，U相、V相分别点亮1盏灯，W相点亮2盏灯，分别测量三相负载的电压和电流，将测量结果记入表中。并观察各相灯组亮暗的变化程度。
表 三相不对称负载星形联结测试记录
中线 情况 电源相线间电压/V 负载两端电压/V 流过负载的电流/A 流过中线电流 IN/A
UUV UVW UWU UU UV UW IU IV IW
有中线
任务3 分析三相负载星形联结电路的特点
师生共同分析：
（1）连接方式
如图所示，将各相负载（白炽灯）的末端U2、V2、W2连在一起接到三相电源的中线上，把各相负载的首端U1、V1、W1分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接方式称为三相负载有中线的星形联结法，用符号Y0表示。三相负载有中线的星形联结的原理图如图所示。
三相负载有中线的星形联结原理图
（2）电路特点
①线电压与相电压的关系
三相负载作星形联结有中线时，每相负载两端的电压称为负载的相电压，用符号UYP表示。表中的电源相线间的电压是线电压，负载两端的电压是相电压。
由表中数据可以看出，负载的线电压与负载的相电压的关系为
UL=UYP
②线电流与相电流的关系
在三相交流电路中，流过每根相线的电流称为线电流，分别用IU、IV、IW表示U、V、W各线电流的有效值，通用符号用IYL表示；流过每一相负载的电流称为相电流，分别用Iu、Iv、Iw表示U、V、W各相电流的有效值，通用符号用IYP表示。
三相电路中，三相电压是对称的，如果三相负载也是对称的，那么流过三相负载的各相电流也是对称的，即
IYP=Iu=Iv=Iw=
各相电流的相位差仍是120°。
由图可以看出，三相负载作星形联结时，线电流等于相电流，即
IYL＝IYP
③中线电流
流过中线的电流称为中线电流，用IN表示。由表中数据可以看出，三相对称负载的中线电流IN=0。
对称三相负载作星形联结时，中线电流等于零，即
IN=0
任务4 分析三相不对称负载星形联结电路中性线的作用
PPT出示例题，学生尝试练习，教师精讲点评，强调解题规范。
【例】如图（a）所示，三相四线制电路电源电压为380V，将额定电压为220V，功率为40W、100W、60W的三个白炽灯A、B、C分别接入U、V、W中，分别由开关SU、SV、SW控制，并在中线上接了开关SN。请分析：
（1）开关SN、SU、SV、SW全部闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？
（2）开关SW断开，开关SN、SU、SV闭合时，白炽灯A、B能否正常发光？
（3）开关SV、SW断开，开关SN、SU闭合时，白炽灯A能否正常发光？
（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，白炽灯A、B能否正常发光？
（b）
【分析】（1）开关SN、SU、SV、SW全部闭合时，每个白炽灯两端的相电压为220V，它等于白炽灯的额定电压为220V，因此，白炽灯A、B、C能正常发光。
（2）开关SW断开，开关SN、SU、SV闭合时，白炽灯A、B两端的相电压仍为220V，因此，白炽灯A、B能正常发光。
（3）开关SV、SW断开，开关SN、SU闭合时，白炽灯A两端的相电压仍为220V，因此，白炽灯A仍能正常发光。
（4）开关SN、SW断开，开关SU、SV闭合时，电路如图（b）所示，白炽灯A、B串联接在两根相线上，即加在白炽灯A、B两端的是线电压380V。
白炽灯A（40W）的电阻为RA===1210
白炽灯B（100W）的电阻为RB===484
白炽灯A（40W）两端的电压为UA===271V＞220V
白炽灯B（100W）两端的电压为UB===109V
因此，白炽灯A（40W）两端因电压大于220V，可能因过热而烧毁，导致电路开路。
由以上分析可知：
在三相电路中，如果负载不对称，必须采用带中线的三相四线制供电。在三相四线制电路中，中线的作用是使不对称负载两端的电压保持对称，从而保证电路安全可靠地工作。
任务5 分析三相对称负载星形联结电路的功率
师生共同分析：
在三相交流电路中，三相负载消耗的总功率等于各相负载消耗的功率之和。即
P=PU+PV+PW=UuIucosu+UvIvcosv+UwIwcosw
在对称三相电路中，各相电压是对称的，各相负载是对称的，因此，各相电流也是对称的。
在对称三相电路中，三相对称负载消耗的总功率为
P=3UPIPcos
当三相对称负载星形联结时
UL=UYP，IYL=IYP
P=3UPIPcos=3ILcos=UL ILcos
三相对称负载作星形联结时，对称三相电路的总有功功率为
P＝UL ILcos
同理，三相对称负载的无功功率和视在功率的计算公式为
Q＝ULILsin
S＝ULIL
（三）任务小结
学生小结本次课知识与技能要点，以小组为单位完成任务评价表。
任务评价表
序号 考核项目 配分 评分细则 得分
1 三相对称负载星形联结电路安装 20 能正确安装三相对称负载星形联结电路，连接错误每处扣5分
2 三相对称负载星形联结测试 10 1.能正确测量数据，测量错误每处扣5分 2.能正确记录测量数据，记录错误每处扣5分
3 三相对称负载星形联结 50 能正确分析RLC串联谐振电路的特点，分析错误每处扣5分
3 安全文明生产 20 1.劳动保护品穿戴符合要求，不符合要求每次扣5分 2．严格遵守操作规程，违规操作每次扣10分 3．安全文明操作，工完场清，不整理工位扣10分
4 合计 100
教师小结；点评、分析学生学习情况；布置作业。
（四）任务拓展
本内容视教学情况，可安排为学生课后延伸拓展作业。
学习用电设备的保护接地和保护接零等相关知识。
十二、作业布置
1.教材P237第3题。
2.学习辅导与练习P134－139任务2安装与测试三相负载星形联结电路。
3.完成任务评价表相关内容。
十三、教学反思
1.学生学习情况反馈
2.教学的亮点、不足及改进策略
教学附件：
课后拓展材料
1.用电设备的保护接地
接地的主要作用是保证人身和设备的安全。“地”是指电气上的“地”，即指如图所示的距接地点20 m以外地方的电位（该处的电位已近降至为零）。
接地电流的电位分布曲线图 保护接地
保护接地就是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电气设备金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式，如图所示。保护接地一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。
一般地说，人体的电阻大于1000Ω，接地体的电阻按规定不能大于4Ω，所以流经人体的电流就很小，而流经接地装置的电流很大。这样就减小了电气设备漏电后人体触电的危险。
2. 用电设备的保护接零
保护接零将电气设备的外壳及金属支架等与零线连接，以保护人身安全的一种用电安全措施，如图所示。在三相四线制中性点直接接地的电网中，广泛采用保护接零。
把电气设备的金属外壳和电网的零线连接在电压低于1000V的接零电网中，若电工设备因绝缘损坏或意外情况而使金属外壳带电时，形成相线对中性线的单相短路，则线路上的保护装置（自动开关或熔断器）迅速动作，切断电源，从而使设备的金属部分不致于长时间存在危险的电压，这就保证了人身安全。
保护接零
3. 家用电器插座的接线
家用电器插座是供移动电器设备如台灯、电风扇、电视机、洗衣机及电动机等连接电源用的。因为家庭用电中的供电系统一般为TT系统（采用保护接地方式），所以为了保证用电安全，插座的接线必须做到：“左零右火上接地”，接线时专用接地插孔应与专用的保护接地线相连，如图所示。因为供电系统为TN系统（采用保护接零方式），则插座上面的插孔为接零线，这根接零线必须接在零线的干线上（一般从电源端专门引来），而不应就近利用引入插座的零线。
家用电器插座的接线

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