6.1认识三相交流电-教案

1.理解三相交流电电动势产生的原理和特点。

2.掌握三相电源绕组星形连结时线电压和相电压的关系。

3.掌握三相四线制电路的连接及特性。

4.了解三相五线制电路的接法和用途。

1.学会万用表测量三相电源的线电压和相电压。

2.能用三相交流电源的相关知识解决简单的实际问题。

重点：

1.三相交流电电动势的产生。

2.三相四线制的特点。

难点：三相交流电电动势的产生原理。

1.三相交流电电动势的产生；

2.三相四线制；

3.三相五线制。

 之后，对关键知识点进行总结归纳，并进行简要的例题讲解。期间采用了较多的动画课件模拟三相交流电发电机的工作原理，以帮助学生学习、理解相关知识。

分钟

1.什么是单相交流电？。

 答：单相交流电路是指电路上只有一个正弦交流电动势的电路。

2.单相交流电电动势产生的原理是什么？

 答：矩形线圈在均匀磁场中匀速转动而产生（旋转电枢式）或线圈切割按正弦规率变化的磁场而产生（旋转磁极式）。

3.分析单相交流电的局限性有哪些？

 答：首先，单相发电机输出功率不够大；其次，单相发电机运转时震动较大；最后，远距离输电时单相交流电的效率较低。

4.三相交流电的优点有哪些？

 答：第一，三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率更大。第二，三相发电机的结构简单，稍比单相发电机复杂，但使用、维护都比较方便，且运转时比单相发电机的震动更小。第三，在相同条件下输送同样大的功率时，特别时在进行远距离输电时，三相输电比单相输电使用的有色金属要少。

提问复习单相交流电路的概念及单相交流电动势产生的原理，为后续的学习做好铺垫。

讨论：

分析单相交流电的局限性，进而通过对比引出三相交流电的概念，激发学生对三相交流电的产生以及应用产生学习兴趣。

讲解：

 比较三相交流电和单相交流电的优缺点。

分钟

（1）三相交流电动势的产生：

三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。

1.三相交流发电机的结构。

（1）依据三相交流发电机的示意图可以得知，三相交流发电机主要由定子和转子两部分组成。

（2）转子L是电磁铁，其磁极表面的磁场按正弦规律分布。

（3）定子：铁芯中嵌放着三个在尺寸、匝数和绕发上完全相同绕组，三相绕组始端分别用U1,V1,W1表示，末端分别用U2,V2,W2表示，它们分别为U相、V相、W相。三个绕组在空间位置上彼此相隔120°。

图 1  三相交流发电机的示意图

2.原理：

当转子在原动机带动下以角速度ω作逆时针匀速转动时，三相定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势。

3.三相交流电动势的表示方法

（1）解析式：

（2）波形图：

图 2  三相交流电动势的波形图

（3）向量图：

（见下一页）

图 3  三相交流电动势的向量图

4.相序的概念

三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序称为相序。每相电动势的正方向是从线圈的末端指向始端，即电流从始端流出时为正，反之为负。

【课堂练习】

1.相序判断：

（1）V-W-U-V（ ）

（2）W-V-U-W（ ）

2.演示实验：

（1）用小型实验电动机，按教材图6-5所展示的两种方式接线，采用直接启动的方法观察电动机的旋转方向。

思考：

依据三相对称交流电动势的向量图判断，三相电压向量值和是多少？

实际应用中，三相交流电该如何连接单相负载？可否用三相六线制来连接？经济性如何？

讲解：

先从三相交流发电机的结构入手，逐步深入的剖析三相交流电动势产生的原理以及三种表示方式。

通过演示、讲解，使学生逐步理解原理。

启发讲解法：

启发讲解如何用三种方式来表示三相交流电动势。

自主学习与归纳总结发：

观察不同相序与电动机旋转方向的关系，加深对相序概念的理解。

分组讨论

巡回指导

 通过对思考题的讨论，较深对三项电动势的理解，顺势将学生的思路引入下一个内容，即三相四线制。

分钟

连接方法：

将发电机三个绕组的末端连接在一起，成为一个公共端点，该断电称为“中性点”，用符号“N”表示。从中性点引出的输出线北称为中性线。中性线通常与大地相接，并把接地的中性点称为零点，而把接地的中性线零线。图4所示，为三相四线制电路。

图 4  三相四线制电路

在工程上，从三个绕组的初始端引出的输电线称为相线，俗称火线。U、V、W三根相线分别用黄、绿、红三种颜色座位标志。有时候为了简便，常不画发电机的绕组连接方式，只画四根输电线表示相序。

图 5  三相四线制电路的简易示意图

相电压与线电压的概念：

相电压：相线与相线之间的电压，称线电压。

线电压：相线与中性点之间的电压，称相电压。

相电压与线电压的向量关系：

 从图6可以看处，线电压总是超前于相对应的相电压30°。

图 6  三相四线制线电压与相电压的向量图

 由此可以得出：

三个相电压只有在对称时其和为零，而线电压无论对称与否其和均为零，即： 

利用几何知识可以得到：

【操作练习】

知道学生用袁永标从电工实训台、配电屏、配电箱等处对三相电源的线电压和相电压进行测量。

提示：三个相电压只有在对称时其和才为0，而线电压无论对称与否，其和均为0。

讲解法：

重点讲清中性线、相线、相电压、线电压等概念。

讲解法：

 简要说明通过向量图推到的过程。通过实际测量进行验证，以加深印象。

分钟

用途：用于民用建筑的保护接零。

接法：在现象四线制的基础上，设置有专门的保护零线，即地线，也称为PE线。

 说明三相五线制供电的用途，讨论具体的连接方法。

分钟

1.三相交流发电机的构成：转子与定子。

2.三相交流发电机的工作原理：当转子在原动机带动下做匀速转动时，三项定子绕组依次切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势。三个交流电动势最大值相等，频率相同，相位相差120°。

3.三相四线制的连接方法，线电压于相电压的关系：线电压总是超前于对应的相电压30°。他们的有效值存在如下关系：

4.三相五线制供电设有专门的保护零线，界限方便，安全可靠，目前已经广泛应用。

4、课堂练习

1.对于一半三相交流发电机的三个绕组中的电动势，正确的说法是：（）

A.他们的最大值不同

B.他们同时达到最大值

C.他们的周期不同

D.他们达到最大值的时间依次落后1/3周期。

2.有一台三相交流发电机，绕组接成星形，每相电压为220V，接好后用电压表测量发现，三个相电压都是220V，但线电压Uuv=Uvw=220V，Uwu=380V，试分析可能何处接错。

5、布置作业

复习题库单项选择题第20-40题，判断第20-40题。

6、课后反思

归纳总结法

自主讨论

简要讲述