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(共30张PPT)
BY YUSHEN
第四章　三相正弦交流电路
　电工电子技术及应用
【思维结构图引】
【考纲多维解读】
考纲要求 命题趋势 考向分析
一、三相交流电
1.三相电源的基本概念
2.三相电源的星形联接
二、连接三相负载
1.三相负载星形联接
2.中性线的作用
3.对称负载的三角形联 接
三、计算三相交流电路 的功率
1.三相交流电路的功率
2.三相交流电路功率的 计算 1.三相交流电源的产 生和特点
2.三相四线制电源的 线电压和相电压的关 系
3.三相对称负载星形 联结和三角形联结 时，负载相电压和线 电压、负载相电流和 线电流的关系
4.对称三相电路电 压、电流和功率的计 算方法
5.中性线的作用 【考查内容】
1.三相对称负载星形、三角 形联结时电压和电流关系
2.对称三相电路功率的计算 方法
3.星形联结状态下中性线的 作用
【考查题型】
填空题、选择题和计算题
【分值】
一般为5～10分
【考点知识梳理】
一、三相电源的基本概念（识记）
1.三相交流电的特点：
（1）三相交流发电机比同样体积的单相交流发电机输出的功率大，使用维 护方便，振动小。
（2）在输送功率、电压相同和输电距离、线路损失相等的情况下，采用三 相制输电比单相输电所用的导线的用量可以节约25％。
（3）能方便地获得三组单相交流电，满足单相、三相用电器的使用需要。
2.三相交流电的产生
当三相交流发电机的转子等速旋转时，三个绕组均切割磁感线，并分别产生 正弦交变电动势eU、eV、eW。如图3-4-1所示，这三个电动势的最大值相等，频 率相同，相位互差120°，称为三相对称电动势。
图 3-4-1
3.三相对称电动势的表示法
通常规定三相对称电动势的正方向由绕组末端指向首端，瞬时值表达式为
eU＝Emsin ωt
eV＝Emsin（ωt-120°）
eW＝Emsin（ωt＋120°）
波形图及矢量图分别如图3-4-2（a）、（b）所示。
（a）波形图 （b）矢量图
图 3-4-2
二、三相电源的星形联接（掌握）
1.三相电源的星形（Y）联结
将三相发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连接在一点，首端U1、V1、W1 分别与负载相连，如图3-4-3所示。这种连接方法叫作星形（Y）联结。电源对 外有四根引出线，这种供电方式称为三相四线制。
图 3-4-3
（1）中性点：在三相四线制供电电源中，将三个绕组的末端U2、V2、W2 连接在一起的公共联结点N叫作中性点，从中性点引出的导线叫作中性线。实际 应用中常将该点接地，所以也称为零点。
（2）中性线：从中性点（或零点）引出的导线，也称零线、地线。用字母 N表示。
（3）端线（相线）：三个绕组的首端引出的导线，也称火线。分别用字母 U1、V1、W1表示。
（4）三相三线制：只将三相绕组按星形联结而并不引出中性线的供电 方式。
2.三相电源的星形联结（三相四线制供电系统）的特点
（1）有两组供电电压，即相电压和线电压；
（2）三个相电压和三个线电压均为对称电压；
（4）各线电压在相位上比对应的相电压超前30°；
（5）在我国日常使用的三相四线制低压供电系统中，相电压为220 V，线电 压为380 V。
一、三相负载星形联接（综合运用）
1.联结方式
把各相负载的末端U2、V2、W2连在一起接到三相电源的中性线上；把各相 负载的首端U1、Vl、W1分别接到三相交流电源的三根相线上，这种连接的方法 叫作三相负载的星形联结。如图3-4-4（a）所示为三相负载星形联结的原理图， 图3-4-4（b）所示为三相负载星形联结的实际电路图。
（a）三相负载星形联结的原理图　　　（b）三相负载星形联结的实际电路图
图 3-4-4
2.电路计算
当输电线的电阻被忽略时，负载的相电压等于电源相电压，即UYP＝UP。
当负载作星形联结具有中性线时，三相交流电路的每一相，就是一个单相交 流电路，各相电压与电流间数量及相位关系可应用前面学习的单相交流电路的方 法处理。
如三相负载星形联结的原理图所示，各线电流等于各相电流，即IL＝IP。
（a）三相对称负载的中性线电流等于零 （b）三相三线制传输
图 3-4-5
由于电流是瞬时值，三相电流瞬时值的代数和也为零，即iN＝iu＋iv＋iw＝ 0。因此对称负载下中性线便可以省去不用，电路变成如图3-4-5（b）所示的三 相三线制传输。如在发电厂与变电站、变电站与三相电动机等之间，由于负载对 称，便采用三相三线制传输。
（a）三相对称负载的中性线电流等于零 （b）三相三线制传输
图 3-4-5
二、中性线的作用（理解）
1.三相负载不对称时中性线的作用
如图3-4-6所示，负载为三相不对称负载的星形联结中，若中性线连接正 常，在开关S断开的情况下，虽然各相负载不对称，它们仍然能够正常工作。
图 3-4-6
2.三相负载不对称时中性线缺失的后果
如图3-4-6所示，负载为三相不对称负载的星形联结中，其中性线电流不为 零，那么中性线也就不能省去，否则会造成负载无法正常工作。
如果没有中性线，在开关S断开的情况下，就变成U相和W相白炽灯串联后 连接在线电压UUW上，W相白炽灯所分得的电压超过其额定值220 V而特别亮， 而U相白炽灯所分得的电压会低于其额定值而发暗。若长时间使用，会使W相白 炽灯烧毁，进而导致U相白炽灯也因电路不通而熄灭。
结论：（a）中性线常用钢芯导线来加强其机械强度，以免断开；（b）中性 线上不允许安装开关和熔断器；（c）在连接三相负载时，应尽量使其平衡，以 减小中性线电流。
三、对称负载的三角形联接（理解）
图3-4-7（a）、（b）所示为对称负载三角形联结的原理图和电路图。
（a）原理图 （b）电路图
图 3-4-7
每相负载两端得到的都是电源线电压，而各相负载中流经的相电流iUV、 iVW、iWU与对应的线电流iU、iV、iW是不相等的。
一、三相交流电路的功率（识记）
2.只要每相负载所承受的相电压相同，则不论是三角形联结还是星形联 结，负载消耗的有功功率都相等。在实际应用中，有些三相用电器铭牌上写有 220 V/380 V—△/Y，就是指此用电器可在220 V线电压下接成三角形联结，也可 以在380 V线电压下接成星形联结，两种接法都保证每相负载承受220 V的电压， 其有功功率相等。
【考法能力拓展】
　　 　三相对称电动势是由三相交流发电机产生的，已知三相交流发电机的某相电动势 为eU＝220sin（314t）V，分析eV、eW的解析式并画出矢量图。
【参考答案】因为eU＝220sin（314t）V
【答题分析】本例题核心考察三相交流电的产生。核心依据是利用三相对称电动势的特性——幅值相 等、频率相同，相位互差2π/3（120°）。解题逻辑是以已知相电动势为基准，根据相位差关系，依次推导 另外两相电动势的解析式（滞后或超前已知相2π/3）。矢量图绘制是以矢量为参考，按相位差2π/3依次绘 制，三矢量末端连线呈等边三角形，体现对称特性。
　　 　（2021年真题改编）在三相四线制线路上连接了三个220 V/60 W的白炽灯，它们 都正常发光，试分析下列状态时三盏灯的发光情况：
（1）中性线断开时；
【参考答案】（1）如果中性线断开，因为负载为对称三相负载，所以，它们还都是正常发光。
（2）中线性断开且又有一相断路时；
【参考答案】（2）若中线性断开且又有一相断路，剩余的两盏灯将变暗。因为剩余两盏白炽灯构成串 联电路，两端电压为线电压380 V，又因为两盏灯完全相同，这样每盏灯两端电压为线电压的一半190 V， 低于额定电压220 V，所以亮度都变暗。
（3）中线性断开且又有一相短路时。
【参考答案】（3）若中线性断开且又有一相短路，剩余的两盏灯将因过亮而烧毁。因为加在剩余两盏 白炽灯两端电压都为线电压380 V，高于额定电压220 V，所以都因过亮而烧毁。
【答题分析】本例题核心考察星形联结中中性线的作用。三相四线制电路中，中性线直接决定不对称 负载能否正常工作，实际应用中需保留中性线，且不得加装保险丝和开关。
　　 　有一对称三相负载，每相电阻R＝6 Ω，电抗X＝8 Ω，三相电源的线电压UL＝380 V。试求：
（1）负载作星形联结时的功率PY；
（2）负载作三角形联结时的功率P△。
【答题分析】本例题聚焦对称三相电路的功率计算，核心结论明确：相同线电压与负载条件下，负载 三角形联结时的功率是星形联结时的3倍，该结论可直接用于同类解题。

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