第八章  三相正弦交流电路

【课题名称】 8.1  三相正弦交流电源

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

      1．理解三相正弦对称电源、相序的概念。

      2．了解电源星形连结的特点，能绘制其电压矢量图。

      3．了解我国电力系统供电制，说出相电压与线电压的关系。

【教学重点】

      重点：三相电源星形联结的特点及相电压与线电压的关系

【教学难点】

      难点：相电压与线电压的关系

【关键点】

      理解三相电源星形联结的特点

【教学方法】

理论联系实际法、多媒体演示法、讲授法、谈话法

【教具资源】

      多媒体课件

【教学过程】

    一、导入新课

教师可联系生产生活实际，例举三相交流电的广泛应用，从而引出三相交流电的学习。

二、讲授新课

教学环节1： 三相对称电源

1．三相对称电源的概念

教师活动：教师可在黑板或多媒体展示三相对称电源的概念，并给予解释和说明。然后在黑板或多媒体展示三相对称电源的瞬时值表达式、波形图和矢量图，最后解释相序的概念。

学生活动：学生可在教师的引导与讲解下理解理解三相对称电源的概念，并了解相对称电源的瞬时值表达式、波形图、矢量图及相序的概念。

知识点：

三相对称电源：工程上，把频率相同、最大值相等、相位彼此相差120°的三个正弦交流电源称为三相正弦对称电源。我国通常用U、V、W（或L1、L2、L3）分别表示三相正弦对称电源中的第一相、第二相和第三相。如果以为参考正弦量，即第一相电源的初相为0°，则第二相电源的初相为-120°，第三相电源的初相为120°（或-240°），那么三相正弦对称电源各相的解析式（瞬时值表达式）为：

三相正弦对称电源的波形图和矢量图如图8.1所示。

图8.1 三相对称电源的波形图与矢量图

三相对称电源的相序：三相交流电随时间按正弦规律变化，它们到达最大值（或零值）的先后次序叫做相序。把U－V－W－U的顺序称为正序；若相序为U－W－V－U称为负序。工程上如无特别说明，均采用正序。

提示：三相异步电动机的旋转方向由三相电源的相序决定，改变三相电源的相序可改变三相异步电动机的旋转方向。工程上，通常采用任意对调三相电源的两根电源线来实现三相异步电动机的正反控制。

教学环节2： 三相电源的连接

1．星形联结

教师活动：教师可利用多媒体技术展示三相电源星形联结的情况，然后根据展示图把相关的概念如火线、零线等作一一说明。

学生活动：学生可在教师的引导下，了解三相电源星形联结的特点及掌握相关概念。

知识点：

星形联结：将三相发电机绕组的三个末端U2、V2、W2连接成公共点，三个首端U1、V1、W1分别与负载连接，这种连接方式称为星形联结，用符号“Y”表示。三个末端U2、V2、W2连接成的公共点称为中性点（或零点），用N表示，从中性点引出的导线称为中性线（或零线），一般用黑色线或淡蓝色线；从三相绕组首端引出的三根导线称为相线（或火线），分别用符号“U、V、W”表示，用黄、绿、红3种颜色区分。

三相四线制供电系统：这种由三根相线和一根中性线组成的供电系统称为三相四线制供电系统，用符号“Y0”表示，通常在低压配电系统中采用；在高压输电系统中，通常采用只由三根相线组成的三相三线制供电系统，用符号“Y”表示。

2．相电压与线电压

教师活动：教师可根据三相电源的星形联结图，讲解相电压与线电压的概念，并作相应的矢量图。通过矢量图分析相电压与线电压之间的关系。

学生活动：学生可在教师的引导下理解相电压与线电压的概念，学习相电压与线电压之间的矢量图作法及它们之间的关系，并进行适当的练习。

知识点：

三相四线制供电系统可输出两种电压，即相电压和线电压。相电压是相线与中性线之间的电压，分别用符号“UU、UV、UW”表示U、V、W各相电压的有效值，通常用UP泛指相电压。线电压是指相线与相线之间的电压，分别用符号“UUV、UVW、UWU”表示UV、VW、WU各线电压的有效值，通常用UL泛指线电压。

相电压与线电压之间的关系：线电压是相电压的倍，即UL＝UP。线电压的相位超前相应的相电压30°。

注意：三相四线制供电系统中，相电压和线电压都是对称的。

提示：在工厂里，既有额定电压为220V的用电器（如照明），也有额定电压为380V的设备（如动力系统的电动机等），你知道工厂的供电系统是如何提供这两种不同的电压的？实际上，在三相四线制低压供电系统中，照明线路接在一根相线和一根中性线上，它们之间的电压是相电压UP＝220V；动力线路接在三根相线上，任意两根相线之间的电压是线电压UL＝380V。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．三相对称电源。

2．三相对称电源的星形联结、三相四线制。

3．相电压与线电压

四、课堂练习

    教材中思考与练习第1、2题

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练中的8.1

【课题名称】 8.2  三相负载的连接

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

      1．了解对称负载与不对称负载的概念。

      2．了解对称负载星形联结的特点。

      3．了解中性线的作用。

【教学重点】

      重点：负载星形联结的特点

【教学难点】

      难点：中性线的作用

【关键点】

      理解三相负载星形联结时有中性线与无中性线时的区别

【教学方法】

理论联系实际法、多媒体演示法、讲授法、谈话法

【教具资源】

      多媒体课件

【教学过程】

    一、导入新课

教师可联系生产生活实际，创设具体的问题情景，如某台三相异步电动机的接线盒中有六个接线柱，这六个接线柱分别是电动机三个绕组的接头，因为每个绕组有两个接头。如果电动机的铭牌上标注着“Y”接法、额定电压“380V”，那么电动机正常工作时，其六个接线柱该如何接？又如何把其接到三相四线制供电系统中去呢？从而引出三相负载连接的学习内容。

二、讲授新课

教学环节1： 三相负载的星形联结

教师活动：教师可在黑板或多媒体展示三相负载星形联结图，并给予解释和说明。然后引导学生一起学习什么是三相负载、什么是星形联结及星形联结时的特点。

学生活动：学生可在教师的引导下自主学习什么是三相负载、什么是星形联结及星形联结时的特点。

知识点：

1．三相负载：三相负载是指用三相电源供电的设备，如三相异步电动机、三相电炉等。在三相交流电路中，各相负载的大小和性质都相等（即ZU＝ZV＝ZW）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。

2．星形联结：将各相负载的末端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、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性线的星形联结法，用符号“Y0”表示。

3．电路特点：①负载的相电压等于电源线电压的1/，即UP＝UL/。②负载的相电流等于电源的线电流，即。

4．中线电流：流过中性线的电流称为中线电流，用IN表示。

教学环节2： 中性线的作用

教师活动：教师可结合多媒体技术利用基尔霍夫定律及矢量图分析中性线电流与各线电流之间的关系，然后引导学生一起分析当三相负载对称时，流过中线和电流为零这一结论。

学生活动：学生可在教师的引导下，一起分析中性线电流与各线电流之间的关系及当三相负载对称时，流过中线和电流为零这一结论。

知识点：

1．三相三线制：对称三相负载作星形联结时，流过中线的电流等于零。即iN＝0。在这种情况下，中线没有电流流过，去掉中性线也不影响三相电路的正常工作，为此常常采用三相三线制电路，。常用的三相电动机和三相变压器都是对称三相负载，都采用三相三线制供电。

2．中线的作用：三相负载在很多情况下是不对称的，最常见的照明电路就是不对称负载有中性线的星形联结的三相电路。当三相负载不对称时，各相电流的大小就不相等，中线电流就不等于零了。因此，中线就绝对不能断开。

教学环节3： 典型例题分析

教师活动：教师可在黑板或利用多媒题展示典型倒是，然后引导学生按要求一步一步对例题进行分析，从而帮助学生更好地理解中线的作用。

教学活动：学生可在教师的引导与讲解下，通过对典型例题的分析，更好地理解中线的作用。

知识点：

典型例题：我们把额定电压为220V，功率为100W、40W和60W的三个白炽灯A、B、C作星形联结，然后接到相电压为220V的三相四线制电源上。在U、V、W三根相线上分别装有开关SU、SV、SW，为了便于说明问题，在中线上也装有开关SN，如图8.2所示。试分析：

图8.2

②开关SU断开，开关SV、SW、SN闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

③开关SU、SV断开，开关SW、SN闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

④开关SN、SU断开，开关SV、SW闭合时，白炽灯A、B、C能否正常发光？

提示：

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。若无中线，可能使一相电压过低，该相用电设备不能正常工作，而另一相电压过高，导致该相用电设备烧毁。因此，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。

注意：

在电工安全操作规程中规定：三相四线制电路中线的干线上不准安装保险丝和开关，有时还采用钢芯线来加强其机械强度，以免断开。同时，在连接三相负载时，应尽量保持三相平衡，以减小中线电流。

教学环节4： 三相负载的三角形联结

教师活动：教师可通过多媒体技术或联系生产实际说明三相负载还有一种三角形联结方式。

学生活动：学生可在教师的引导下了解三相负载的另一种三角形联结方式。

知识点：

三相负载有两种接法，除了星形联接法以外，还可以是三角形联接法。将三相负载分别接到三相电源的两根相线之间，这种连接方式称为三相负载的三角形（△）联结法。三相负载作三角形联结时，电源线电压等于负载的相电压，即UL＝U△P。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．三相负载的星形联结。

2．中性线的作用。

3．三相负载的三角形联结。

四、课堂练习

    “学习辅导与练习”同步训练8.2中的部分内容

五、课后作业

“学习辅导与练习”同步训练8.2中的部分内容

【课题名称】 8.3  三相交流电路的功率

【课时安排】

      1课时（45分钟）

【教学目标】

      1．了解对称三相电路功率的概念。

2．学会对称三相电路功率的计算。

【教学重点】

      重点：对称三相电路有功功率的计算

【教学难点】

      难点：三相电路功率计算公式的理解

【关键点】

      掌握三相电路有功功率两个计算公式

【教学方法】

多媒体演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法

【教具资源】

      多媒体课件

【教学过程】

    一、导入新课

图8.3 三相异步电动铭牌

二、讲授新课

教学环节1：三相电路功率计算的公式推导

教师活动：教师可在黑板上或利用多媒体引导学生一起推导三相电路有功功率两个计算公式的推导，然后自然引出无功功率与视在功率的计算公式。

学生活动：学生可在教师的引导下一起推导三相电路功率的计算公式。

知识点：

有功功率的计算公式：在对称三相电路中，三相对称负载消耗的总功率（即有功功率）计算公式为：①；②。

其他功率的计算公式：无功功率：；视在功率：。

功率之间的关系：

注意：三相负载铭牌上标注的功率是额定有功功率，电压为额定线电压，电流为额定线电流。

教学环节2： 典型例题分析

教师活动：教师可在黑板或利用多媒题展示典型倒是，然后引导学生按要求一步一步对例题进行分析，从而帮助学生更好地理解两个公式的运用。

教学活动：学生可在教师的引导与讲解下，通过对典型例题的分析，更好地理解两个公式的运用。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．对称负载三相电路功率的计算。

2．计算有功功率的两个公式：

①；②。

四、课堂练习

    “学习辅导与练习”同步训练8.3中的部分内容

五、课后作业

1．“学习辅导与练习”同步训练8.3中的部分内容

    2．阅读教材中非正弦周期波的谐波分析这一内容，请问什么是非正弦周期波？非正弦周期波的谐波如何分析？

【课题名称】 8.4  用电保护

【课时安排】

      1课时（45分钟）

【教学目标】

      1．掌握保护接地的方法，了解其原理与应用。

      2．理解保护接零的原理，了解其应用。

【教学重点】

      重点：保护接地与保护接零的重要性

【教学难点】

      难点：保护接地与保护接零原理的理解

【关键点】

      如何正确使用保护接地与保护接零措施

【教学方法】

理论联系实际法、多媒体演示法、讲授法、谈话法

【教具资源】

      多媒体课件

【教学过程】

    一、导入新课

教师可联系生产生活实际，创设具体的问题情景，如有些用电器是接两孔插座的，但也有些用电器必须接三孔插座，你知道这是为什么吗？三眼插孔中中间那个孔有什么作用吗？又如三相异步电动机的六个接线柱下面有一个接地符号“”，说明电动机工作时必须可靠接地，这又是为什么呢？从而引出用电保护的学习内容。

二、讲授新课

教学环节1： 保护接地

教师活动：教师可在黑板或多媒体展示中性点不接地的电力系统中，有保护接地和没保护接地的供电系统图。然后对照图讲解有保护接地和没保护接地的不同点。

学生活动：学生可在教师的引导下自主学习分析有保护接地和没保护接地的供电系统发生危险时的工作过程。

知识点：

保护接地：保护接地是指为了保障人身安全，避免发生触电事故，将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与大地作电气连接。采用保护接地后，可使人体触及漏电设备外壳时的接触电压明显降低，因而大大地减轻了触电的危险。

注意：保护接地主要应用在中性点不接地的电力系统中。

教学环节2： 保护接零

教师活动：教师可在黑板或多媒体展示中性点接地的电力系统中，有保护接零和没保护接零的供电系统图。然后对照图讲解有保护接零和没保护接零的不同点。

学生活动：学生可在教师的引导下自主学习分析有保护接零和没保护接零的供电系统发生危险时的工作过程。

知识点：

保护接零：保护接零就是把电气设备平时不带电的外露可导电部分与电源的中性线N（N线直接与大地有良好的电气连接）连接起来。

提示：

接地和接零保护不准混用。在变压器中性点接地系统，如果接零保护和接地保护混用，当采用接地保护的设备发生碰壳事故时，若有人同时触到接地设备外壳和接零设备外壳，人体将承受相电压，这是非常危险的。

三、课堂小结

教师与学生一起回顾本节课的学习内容，引导学生总结如下：

1．保护接地。

2．保护接零。

四、课堂练习

    教材中思考与练习第1、2、3题

五、课后作业

1．“学习辅导与练习”同步训练中的8.4

    2．阅读教材中的常用用电保护装置，请问常用用电保护装置有哪些？它们分别有什么特点？如何正确使用？

【课题名称】实训项目十二  三相对称负载星形联结电压、电流的测量

【课时安排】

      2课时（90分钟）

【教学目标】

1．掌握三相负载星形联结方法。

2．掌握三相对称负载星形联结电压、电流的测量方法与步骤。

3．进一步了解中性线的作用。

【教学重点】

三相对称负载星形联结电压、电流的测量方法与操作步骤。

【教学难点】

      难点：电流的测量

【关键点】

      在于如何正确选择仪表进行测量

【教学方法】

      讲授法、实践操作法、做中学、个别辅导

【教具资源】

     三相四线制电源、实验用白炽灯3个、交流电流表头3个、交流电压表或万用表、连接导线若干

【教学过程】

任务一  对照原理图，识别元器件

教师活动：教师可在黑板或用多媒体展示需要搭接的电路图，然后对照原理图引导学生一一识别元器件。

学生活动：学生可在教师的指导下一一识别各种元器件。

知识点：

搭接的电路原理图如图8.4所示。

图8.4 实验用原理图

任务二  电路连接与检查

教师活动：教师可展示已连接好的电路实物图，并作适当的解释和说明。然后提示学生连接完电路后进行断路与短路检查的方法。

学生活动：学生可在教师的指导下，根据要求正确连接电路实物，并完成电路的检查。

知识点：

连接的电路实物图可参考如图8.5所示。

零线（N）

图8.5 实物连接图

任务二  线路中电压与电流的测量

教师活动：教师可利用黑板或多媒体展示电压、电流测试技训表，然后布置具体操作任务和要求。

学生活动：学生可在教师的引导下，仔细阅读技训表，明确具体的操作任务和要求。

知识点：

1．测量有中性线时各相负载电流与电压

操作步骤：①检查电路连接无误后，接通三相电源，此时，三个小灯泡均点亮，如果不是，再次检查电路连接的可靠性。②根据电流表指针偏转情况，正确读出各相负载中流过电流、和的大小，并填入技训表。③用电压表或万用表的交流电压挡分别测出各相负载两端的相电压、和，并填入技训表。④用电压表或万用表的交流电压挡分别测出线电压、和，并填入技训表。

2．测量无中性线时各相负载电流与电压

操作步骤：

①在切断电源的情况下，断开三相四线制中的零线。

②重复以上①②③④步骤。

任务四  实训小结

教师活动：教师可引导学生总结三相对称负载星形联结电压、电流测量操作步骤、注意事项及收获与体会，并检查任务完成情况、仪器仪表的使用情况、安全文明操作以及团队协作精神。

学生活动：学生可在教师的引导下自行总结三相对称负载星形联结电压、电流测量操作过程、注意事项及收获与体会，并根据要求进行自我评价。