電工技術基礎與技能（第2版） 課件 項目六 認識三相正弦交流電路

電工技術基礎與技能（第2版）項目六認識三相正弦交流電路在生活中，如果仔細觀察，就會發(fā)現(xiàn)馬路旁電線桿上的電線共有四根，這是因為電線桿上架設的是三相交流電的輸電線。目前，世界上的電力系統(tǒng)絕大多數(shù)采用三相交流電路。三相交流電與單相交流電相比具有很多優(yōu)越性：在用電方面，三相電動機結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，性能好，是生產(chǎn)中所使用的主要動力設備；在輸送電能方面，相同條件下比單相輸電節(jié)約線材。而實際上，單相電源就是取自三相電源的其中一相。因此，我們應當學習有關三相交流電的知識。任務一認識三相正弦對稱電源任務二三相負載的連接任務三計算三相電路的功率項目評價項目小結(jié)思考與練習任務一認識三相正弦對稱電源電工技術基礎與技能（第2版）

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///任務分析三相交流電源是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的，那么三相交流電源有什么特點？電源又有什么樣的連接形式呢？下面開始本任務的學習。一、三相交流發(fā)電機相關知識在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電能從產(chǎn)生、輸送到分配和應用，都采用三相交流電路。三相交流電路比單相交流電路經(jīng)濟，并具有更高的效率。三相交流電路（三相電路）是指由三個頻率相同、幅值相等而相位依次相差120°的交流電源所組成的電源供電系統(tǒng)。組成三相交流電路的每一個單相電路稱為一相。電工技術基礎與技能（第2版）

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///三相交流電是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的，三相交流發(fā)電機的原理示意圖如圖6-1所示。三相交流發(fā)電機主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子上裝有三個獨立而相同的線圈，在空間位置上各相差120°，稱為三相定子繞組。三相繞組的始端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示。轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的一對N、S磁極，一般由直流電通過勵磁繞組產(chǎn)生恒定的磁場。當原動機（汽輪機、水輪機等）帶動轉(zhuǎn)子按順時針方向勻速旋轉(zhuǎn)時，三相定子繞組即切割轉(zhuǎn)子磁場感應出三個頻率相同、幅值相等而相位依次相差120°的正弦電動勢，稱為三相正弦對稱電源。圖6-1三相交流發(fā)電機的原理示意圖電工技術基礎與技能（第2版）

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///二、三相交流電壓如果選定各相電動勢的正方向為從線圈的末端指向始端的方向，以相電壓U作為參考電壓，則U、V、W三相電動勢的瞬時值表達式eU、eV、eW為三相對稱交流電動勢的波形圖如圖6-2所示。圖6-2三相對稱交流電動勢的波形圖四、三相電源的星形連接如圖6-3（a）所示，把發(fā)電機三相繞組的末端U2、V2、W2連接在一起的接法稱為星形連接，連接點稱為中性點N。由中性點引出的導線稱為中線或零線，用黑色或白色表示。從三相繞組的始端U1、V1、W1引出的三根導線稱為相線（俗稱火線），分別用L1、L2、L3表示。這種供電方式又稱三相四線制供電。三相電源在進行星形連接時，繞組可以省略不畫，如圖6-3（b）所示。電工技術基礎與技能（第2版）

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///三、三相交流電的相序三相電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，其到達最大值的先后順序稱為三相電動勢的相序。由圖6-2可以看出，eU超前eV、eW首先達到最大值，eV超前eW達到最大值，這種U-V-W-U的相序稱為正相序。如果交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則其相序為U-W-V-U，稱為負相序。在供電電路中，相序一旦確定（通常采用正序），就不可隨意改變，并在配電母線上涂上黃、綠、紅三種不同顏色，分別表示U相、V相和W相。五、線電壓與相電壓在三相四線制供電系統(tǒng)中有兩種電壓：相電壓與線電壓。電源每相繞組始端和末端之間的電壓稱為相電壓，也即各相線與中線之間的電壓，如圖6-3（b）所示。相電壓的瞬時值用uU、uV、uW表示，有效值用UU、UV、UW表示。相電壓在數(shù)值上與各相繞組的電動勢相等，各相電壓之間的相位差為120°，因此，三個相電壓是相互對稱的。電工技術基礎與技能（第2版）

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///（a）（b）圖6-3三相電源電工技術基礎與技能（第2版）

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///一、測量三相電源的相電壓用萬用表測量實訓室臺上提供的三相電源的相電壓，將結(jié)果填入表6-1中。技能訓練二、測量三相電源的線電壓用萬用表測量實訓室臺上提供的三相電源的相電壓，將結(jié)果填入表6-2中。任務二三相負載的連接電工技術基礎與技能（第2版）

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///任務分析在三相交流電路中，三相電源為星形連接，三相負載可以連接為星形和三角形兩種形式，兩種不同的電路連接形式中，相電壓與線電壓的關系，相電流與線電流的關系分別是什么？這是本任務要解決的問題。相關知識一、三相負載的星形連接如圖6-5（a）所示，把各相負載的始端U1、V1、W1分別接到三相電源的三根相線上，把各相負載的末端U2、V2、W2連在一起接到三相電源的中線上，這種連接方式稱為三相負載的星形接法，用符號“Y”表示。電工技術基礎與技能（第2版）

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///圖6-5三相負載的星形連接圖6-5（b）為三相負載星形接法的實際電路圖，圖中ZU、ZV、ZW為各相負載的阻抗，每相負載兩端的電壓為相電壓。如果忽略輸電線上的阻抗，則負載的相電壓等于電源相電壓，負載的線電壓等于電源的線電壓。因此，負載的線電壓與相電壓的關系為（a）（b）電工技術基礎與技能（第2版）

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///在負載作星形連接的三相交流電路中，流過各相負載的電流稱為相電流，流過每根相線的電流稱為線電流，其有效值分別用IU、IV、IW表示，電流參考方向規(guī)定為從電源流向負載，如圖6-5（b）所示。由于各相負載都串聯(lián)在相線中，因此，在三相負載的星形連接中，線電流和相電流數(shù)值相等，線電流和相電流分別用IL、IP表示，即當負載作星形連接并具有中線時，三相交流電路的每相就是一個單相交流電路，各相電壓與電流間的數(shù)值及相位關系可用單相交流電路的方法來處理。在對稱三相交流電路中，流過對稱三相負載的各相電流也是對稱的，各相電流之間的相位差為120°。中性線為三相電路的公共回路線，因此，中性線上的電流瞬時值為三個相電流瞬時值的代數(shù)和，即對應的相量關系式為電工技術基礎與技能（第2版）

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///二、中性線的作用在很多情況下，三相交流電路是不對稱的，例如，常見的照明電路就是典型的不對稱星形負載。如圖6-8所示，為了分析方便，設定負載為阻性負載，U相線路沒有工作，由于故障原因，中性線斷開，RV和RW成為串聯(lián)關系，L2、L3之間的電壓為線電壓380V。設RV＝10

，RW＝20

，則L2、L3兩相上的電壓分別為由此可見，L2相上的電壓低于220V額定電壓，不能正常工作。L2相上的電壓高于220V額定電壓，造成過電壓損壞。所以，對于不對稱星形負載的三相電路，必須采用帶中性線的三相四線制供電。如果某一相發(fā)生故障，可保證其他兩相正常工作。圖6-8不對稱星形負載電工技術基礎與技能（第2版）

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///三、三相負載的三角形連接把三相負載分別接到三相交流電源的每兩根相線之間，這種連接方式稱為負載的三角形連接，用符號“△”表示，如圖6-9（a）所示。如圖6-9（b）所示為三相負載三角形連接的實際電路圖。由于三角形連接中的各相負載接在兩根相線之間，因此，負載的相電壓等于電源的線電壓，即圖6-9三相負載的三角形連接（a）（b）電工技術基礎與技能（第2版）

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///對于負載作三角形連接的三相電路中的每一相負載來說，都是單相交流電路。各相電流和電壓之間的數(shù)量與相位關系與單相交流電路相同。對稱三相負載作三角形連接時，三個相電流和三個線電流都是對稱的，并且線電流大小是相電流的

倍，即【例6-1】在380V的三相對稱交流電路中，把3個55Ω的電阻分別連接成星形或三角形，如圖6-10所示。試求兩種接法時的線電壓、相電壓、線電流和相電流。電工技術基礎與技能（第2版）

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///一、三相負載的星形連接（1）在實訓室里，按圖6-11（a）所示連接線路，經(jīng)檢查確認無誤后，接通電源。（2）測量每相負載的相電壓、相電流。（3）測量線電壓及每根相線上的線電流，將結(jié)果填入表6-3中。技能訓練圖6-11三相負載的連接圖（a）三相負載星形連接

（b）三相負載三角形連接電工技術基礎與技能（第2版）

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///二、三相負載的三角形連接（1）在實訓室里，按圖6-11（b）所示連接線路，經(jīng)檢查確認無誤后，接通電源。（2）測量每相負載的相電壓、相電流。（3）測量線電壓及每根相線上的線電流，將結(jié)果填入表6-4中。任務三計算三相電路的功率電工技術基礎與技能（第2版）

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///任務分析三相電路是產(chǎn)生、傳輸、分配及消耗電能的載體，功率的計算是非常重要的。因此，本任務要求學習和掌握三相電路的功率計算方法。相關知識一、三相對稱負載功率的計算在三相交流電路中，不論負載采用星形連接還是三角形連接，三相負載消耗的總功率等于各相負載的功率之和，即電工技術基礎與技能（第2版）

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///如果三相電路為對稱電路，則表明各相負載的有功功率、無功功率和視在功率是相等的，那么在實際中，測量線電壓、線電流較為方便，三相電路的總功率常用線電壓和線電流來表示。由于負載作星形連接時，

，

；負載作三角形連接時，

，

，因此可得二、三相不對稱負載功率的計算在三相對稱交流電路中，若負載不對稱，電流也不對稱。如果已知各相電壓、相電流及功率因數(shù)

，則負載消耗的總功率為電工技術基礎與技能（第2版）

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///【例6-2】有一對稱三相負載，每相電阻，感抗，分別將其接成星形、三角形，接到線電壓為380V的對稱三相電源上，試求：（1）負載作星形連接時的相電流、線電流和總有功功率；（2）負載作三角形連接時的相電流、線電流和總有功功率。電工技術基礎與技能（第2版）

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///三相功率的測量1．測量三相負載Y形連接電路的功率。（1）測量電路如圖6-12所示，按圖連接好電路及功率表。（2）測量各相負載的功率，并將測量結(jié)果填入表6-5中。技能訓練圖6-12

Y形連接負載的功率測量原理圖電工技術基礎與技能（第2版）

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///圖6-13△形連接負載的功率測量原理圖2．測量三相負載△形連接電路的功率（1）測量電路如圖6-13所示，按圖連接好電路及功率表。（2）測量各相負載的功率，并將測量結(jié)果填入表6-6。電工技術基礎與技能（第2版）

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///項目評價標準見表6-7。項目評價表6-7項目評價標準項目評價分值評分細則評分備注三相對稱電源的認識20（1）不能清楚描述三相交流電壓的特點，扣5分；（2）不會正確測量三相電源的相電壓，扣5分；（3）不會正確測量三相電源的線電壓，扣5分

三相負載的星形連接20（1）電路連接錯誤，每個扣3分；（2）測量數(shù)據(jù)錯誤，每次扣2分；（3）對試驗數(shù)據(jù)不能正確分析，每次扣3分

三相負載的三角形連接20（1）電路連接錯誤，每個扣3分；（2）測量數(shù)據(jù)錯誤，每次扣2分；（3）對試驗數(shù)據(jù)不能正確分析，每次扣3分

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///項目評價分值評分細則評分備注三相功率的測量20（1）電路連接錯誤，每個扣3分；（2）測量數(shù)據(jù)錯誤，每次扣2分；（3）對試驗數(shù)據(jù)不能正確分析，每次扣3分；（4）不會使用功率表，扣5分

安全文明操作20（1）實訓結(jié)束應及時整理實訓器材，清潔實訓崗位和場所，工作臺上工具排放整齊；（2）嚴格遵守安全操作規(guī)程，符合“7S”管理要求；（3）認真完成實訓報告一項，不符合要求之處各扣2分

合計100

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///在現(xiàn)代電力網(wǎng)中均采用三相交流電源供電，構(gòu)成三相電力系統(tǒng)，它是由三個同頻、等幅、相位互差120°的正弦交流電源組成的。電源和負載采用星形或三角形的連接方式。1．由三相交流電源供電的電路稱為三相交流電路。若三相交流電源輸出三個頻率相同、幅值相同、相位互差120°的電壓，則稱為對稱三相電壓，三相交流電源各相的電壓瞬時值為2．三相交流電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，其到達最大值的先后順序稱為三相交流電的相序。習慣上采用正相序，即U-V-W-U。在電力系統(tǒng)中統(tǒng)一相序十分重要，并網(wǎng)供電相序必須相同。項目小結(jié)電工技術基礎與技能（第2版）

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///3．當三相電源為星形連接時，其線電壓

UL

與相電壓

UP

的關系為實際的三相發(fā)電機提供的都是對稱三相電壓。4．三相負載的星形連接（1）對稱三相負載多采用三相三線制供電。對稱三相電源提供給星形連接的對稱三相負載時，負載上的電壓和電流關系如下：①負載兩端電壓（即相電壓）等于電源線電壓的

。②流過負載的相電流等于端線上的線電流。③電源中性點與負載中性點等電位。（2）不對稱的三相負載只能采用三相四線制供電，因為中性線上的電流不為零。中性線對于電路的正常工作及安全非常重要，在三相四線制中規(guī)定，中性線上不允許安裝開關和熔斷器，防止斷路。通常還要把中性線接地，與大地等電位，以保障安全。電工技術基礎與技能（第2版）

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///三相負載越接近對稱，中性線電流就越小。所以，在安裝照明電路時，應盡量使各相負載平衡，以減小中性線電流。5．三相負載的三角形連接當三相負載連接成三角形時，無論負載是否對稱，各相負載的相電壓（即線電壓）等于電源的線電壓。當負載對稱時，相電流等于線電流的

。6．對稱三相電路的功率為在不對稱三相電路中，每一相的功率要分別計算，總有功功率為各相有功功率之和。電工技術基礎與技能（第2版）

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///一、填空題1．三相電流中的三相負載，可分為_________三相負載和_________三相負載。2．三相負載接于三相線路上的原則：若負載的額定電壓等于電源線電壓時，負載作____________連接；若負載的額定電壓等于電源的相電壓時，負載作_________連接。3．三相四線制供電線路可以提供_______種電壓?；鹁€與零線之間的電壓稱為______，火線與火線之間的電壓稱為_______。4．對稱三相負載作星形連接時線電壓是相電壓的_______；在相位上線電壓比相應的相電壓______。我國低壓三相四線制配電線路供給用戶的UL

=______V，UP

=_____V。5．在相同對稱三相電源作用下，同一對稱三相負載三角形連接時是星形連接時電流的________倍，有功功率的_______倍。6．在對稱三相交流電路中，負載作星形連接時，UL

=___UP，IL

=___IP；負載作三角形連接時，UL

=____UP，IL

=___IP。思考與練習電工技術基礎與技能（第2版）

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///二、判斷題1．三相交流電是3個頻率相同、電量大小相等、相位上互差120°電角度的電流、電壓和電動勢的統(tǒng)稱。

（）2．三相交流電的相電壓一定小于線電壓。

（）3．三相交