3.4 三相正弦交流电源（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第3章 交流电路 3.4 三相正弦交流电源 知识目标 1.理解三相正弦交流电源的基本特点，包括相位关系和优势。 2.能够区分三相电源的两种供电方式（星形连接和三角形连接），理解其特点与应用场景。 能力目标 1.能够分析并比较三相正弦交流电源与单相电源的优劣之处，提出应用建议。 2.能够根据具体场景选择合适的三相电源供电方式，并解释选择的理由。 情感目标 1.培养学生对工程电力领域的兴趣和探索精神，激发学习动力。 2.培养学生团队合作意识，能够在小组讨论中积极参与和分享。 3.培养学生对新知识的好奇心和求知欲，鼓励他们积极探索更深层次的三相电源知识。 三维目标 导入情景 01 电能的生产、输送和分配几乎全部采用三相制，日常照明用的单相交流电也是三相交流电中的一相。 新知学习 02 一、三相正弦交流电源 1.三相交流电的特点 三相交流电与单相交流电相比，具有以下特点: (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可以节约25%的导线用量。 (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。 新知学习 02 2.三相正弦交流电的产生 三相正弦交流电源是由三相交流发电机产生的，也可以由三相变压器绕组提供。同单相交流发电机一样，三相交流发电机的磁极所产生的磁场在电枢表面上呈正弦规律分布，在转子上装有三个相互独立的绕组，它们的材料、尺寸和几何形状均相同，但在空间的位置互差120°。三个电动势最大值相等、频率相同、相位互差120°，称为三相对称电动势。由三相对称电动势组成的电源，称为三相交流电源。 一、三相正弦交流电源 新知学习 02 3.三相对称电动势的表示法 一、三相正弦交流电源 新知学习 02 三相电源供电方式一三相发电机的三个绕组不是独立的向外送电，而是按照一定的连接方式组成一个整体向负载供电。三相电源有两种供电方式:三相四线制(Y形)和三相三线制(△形)。 1.三相四线制供电(Y形) 三相四线制供电(Y形)连接方式是把三相绕组的末端U2、V2、 W2接在一起，形成一个公共点N，此点称为中性点。由中性点及绕组的首端U1、V1、W1,分别向外引出连接线。 二、三相电源供电方式 新知学习 02 把发电机三相绕组的末端 L1’,L2’,L3’联接成一点。 而把始端L1,L2,L3 作为与外电路相联接的端点。 这种联接方式称为电源的星形联接。 二、三相电源供电方式 新知学习 02 2.相电压：各相线与中性线之间的电压，分别用Úv、Uv、Úw来表示，相电压的参考方向规定为由相线指向中性线。 3.线电压：任意两根相线之间的电压，分别用Ùuv、Úvw、Ùwu来表示，线电压的参考方向由注脚字母的先后次序决定，例如，Ùuv的电压方向为由U端指向V端，书写时不能任意颠倒，否则，将在相位上相差180°。 二、三相电源供电方式 切削运动分析： 新知学习 02 三相四线制相电压和线电压的矢量图。 二、三相电源供电方式 切削运动分析： 新知学习 02 4.三相四线制供电系统具有以下特点: 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。 ③线电压的大小等于相电压的根号3倍。 ④各线电压在相位上比对应的相电压超前30°。 在日常使用的三相四线制低压供电系统中，相电压为220V，线电压为380V。 二、三相电源供电方式 切削运动分析： 新知学习 02 5.三相三线制供电方式(△形) 三相供电也可以采取三相三线制供电方式(△形)，即把三个绕组的首端和末端依次相接，使其构成闭合回路，再从这三个连接点引出三根相(端)线。当采取三相三线制供电方式(△形)时，线电压等于相电压，回路中的总电动势为零，因此，三相绕组中不会产生环流，电流也为零。若把其中的某一相接反，则此时三个电动势的代数和不为零，在三相绕组中便会产生很大环流，将可能导致发电机烧毁。因此，三相发电机绕组一般不作三相三线制供电方式(△形)连接。 二、三相电源供电方式 切削运动分析： 新知学习 02 6.三相三线制供电方式(△形) 发电机三相绕组依次首尾相联，引出三条线，称为三角形联接。 二、三相电源供电方式 小试牛刀 题目 1： 三相电源是指每个相位之间的电压相位差为多少度？ A. 90° B. 120° C. 180° D. 360° 答案及解析： B. 120°。三相电源中，每个相位之间的电压相位差为120°。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在三相交流电源中，当三个正弦波电压波形相互错开120°时，形成了什么类型的三相电源供电方式？ A. 星形连接 B. 三角形连接 C. Y型连接 D. Δ型连接 答案及解析： D. Δ型连接。当三个正弦波电压波形相互错开120°时，形成Δ型连接的三相电源供电方式。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 三相电源中，哪种连接方式需要额外一根中性线？ A. 星形连接 B. 三角形连接 C. Y型连接 D. Δ型连接 答案及解析： A. 星形连接。星形连接的三相电源需要额外一根中性线。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 三相电源中，对称负载是指每个相位的负载相同，三个负载之间的参数相等。对称负载在哪种三相电源连接方式下容易实现？ A. 星形连接 B. 三角形连接 C. Y型连接 D. Δ型连接 答案及解析： A. 星形连接。在星形连接下，对称负载容易实现。 尝试解答下面习题 题目 5： 三相正弦交流电源的频率通常是多少？ A. 50 Hz B. 60 Hz C. 400 Hz D. 1000 Hz 答案及解析： A. 50 Hz。在大多数地区，三相正弦交流电源的标准频率是50 Hz。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 在三相正弦交流电源中，各相电压对称幅值为300 V，相序依次为U-V-W，则U相电压相对V相的相位差为多少度？ A. 0° B. 120° C. 240° D. 180° 答案及解析： A. 0°。根据相序U-V-W，U相电压与V相电压相位差为0°。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 三相正弦交流电源中，如果三相电压的幅值不相等，会对系统产生什么影响？ A. 导致系统电路短路 B. 导致系统不平衡负载 C. 提高系统效率 D. 降低系统容量 答案及解析： B. 导致系统不平衡负载。三相电压幅值不相等会导致系统负载不平衡，影响系统稳定性。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 对称三相电源向对称Y形联结的负载供电，如题3.1图所示，当中性线开关S闭合时，电流表读数为2A。(1)若开关S打开，电流表读数是否改变，为什么?(2)若S闭合，1相负载Z断开，电流表读数是否改变，为什么? 解：(1)由于电源和负载均是对称的，在Y形接法中，中线电流为0，因此开关S断开或闭合对电路没有影响，所以，电流表读数不会发生变化。 (2)S闭合，1相负载断开，电流表读数不会改变。由于中线连接，相电流等于相电压与该相阻抗之比，与其它相负载无关。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 已知三相正弦交流电源中，线电压为 380V，求相电压。 解析：在三相正弦交流电源中，线电压是相电压的根号 3 倍。所以相电压 = 线电压÷根号 3 = 380÷根号 3 ≈ 220V。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 三相正弦交流电源是一种常见的电力供应形式，其特点是每个相位的电压波形均为正弦波，并且各相之间的电压相位差为120°。在三相正弦交流系统中，我们经常需要了解电压波形的相位序列、幅值大小以及频率等参数，这些都对电力系统的正常运行和稳定性有重要影响。 在三相电源供电方式方面，我们主要讨论了星形连接和三角形连接这两种常见方式。星形连接中，各负载通过一个共同的中性线接地，适用于对称负载，但容易产生零序电流；而三角形连接中，各负载依次相连形成一个环路，具有较好的容错能力，适用于大功率传输系统。理解不同的连接方式对于电力系统的设计、运行和维护都具有重要意义。 通过本课程的学习，应该掌握三相正弦交流电源的基本概念和特点，了解三相电源供电方式的应用场景和优缺点，进而能够在实际工程中选择合适的电源供电方式，确保电力系统的稳定和高效运行。 作业布置 04 1.请学生研究并列举三种常见的三相电源供电方式，并分析它们各自的优缺点。选择一种供电方式，阐述其在特定场景下的应用及优劣势。 2.学生需研究三相正弦交流电源中的相位序列以及电压相位差的概念。结合实际案例或电路图，计算给定三相电压波形的相位差，并解释其在电力系统中的重要性。 3.请学生选择一个电力系统方面的实际问题，如负载不平衡、谐波问题等，根据所学知识设计一个解决方案。学生需要提出问题的分析、解决方案的步骤和预期效果，并通过书面报告或演示展示出来。 感谢观看 $$