《电工电子 基础》电子 教案.docx

电工电子 基础电子 教案长治职业技术学院教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务一 电路的基本知识 素质目标 培养学生的观察能力和理论联系实际的能力 了解安全用电的重要性；电流对人体的危害及其触电方式；理解防止触电的常用保护措施。 能力目标 知识目标 了解电路的基本组成及各部分的作用；理解电动势、电位、电功率的概念； 任务重点 电压、电流和电功率的定义、方向的理解和掌握 任务难点 电流和电压的参考方向 教学方法 讲授法、对比法、实验法、讨论法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一、导入新课 联系生活实际引导同学们说出电路的组成，利用多媒体课件投影实际电路的画面，激发学生的学习兴趣，集中学生的注意力。 二、讲授新课 教学环节1： 电路的基本结构 电路的组成和功能 教师活动：引导学生联系实际说出实际生活中的电路例子，多媒体演示实际电路； 学生活动： 联系实际总结一般电路的组成及各部分的作用； 能力培养：锻炼学生的观察能力和综合概括能力。 电路的状态和电路图 教师活动：实验演示照明电路的各种状态后多媒体动画分析； 学生活动： 联系实际和实验总结电路的三种状态，练习画简单的电路图； 教学环节2：电路的基本物理量 电流 教师活动：实验演示，辅助投影多媒体动画，引导学生分析； 学生活动：分组讨论电流的形成和参考方向，总结电流参考方向的意义。 电压 教师活动：实验演示，辅助投影多媒体动画，引导学生分析； 学生活动：启发学生采用类比法对比电流，分组讨论、总结电压定义和参考方向的意义。 电动势 教师活动：多媒体动画演示电源的作用本质，引出电动势的概念； 学生活动： 参考多媒体演示分析、总结电动势的定义、公式和方向。 电位 教师活动：用高度类比，借助与电压的联系讲解； 学生活动： 分析总结电位的定义和电位与电压的关系。 能力培养：培养学生的分析概括和知识横向联系的能力。 电功率和电能 教师活动：联系实际引导学生说出衡量用电器耗能的物理量，辅助投影多媒体动画分析； 学生活动：分组讨论后总结电功率、电能的的定义和单位。 三、课堂小结 教师与学生一起回顾本节棵的知识，引导学生在理解的基础上记忆。为便于学生记忆，教师总结出顺口溜，用多媒体投影，让学生在轻松的气氛下掌握知识。 电压电位电动势，单位相同意不同 电压电位有联系，电压就是电位差 电压电流因和果，参考方向很重要 电功率名牌上标，度是电能的单位 四、课堂练习 有一“220V、40W”的白炽灯，接在220V的供电线路上，求取用的电流。若平均每天使用5h，电价是每千瓦时0.4元，求每月应付的电费。 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务二 基尔霍夫定律 素质目标 培养学生的缜密的逻辑思维能力 1掌握基尔霍夫定律的内容、表达式及应用。 2掌握支路电流法的应用。 能力目标 知识目标 1掌握基尔霍夫定律的内容、表达式及应用。 2掌握支路电流法的应用。 任务重点 基尔霍夫定律 任务难点 基尔霍夫定律的应用 教学方法 讲授法、演示法、归纳法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 一、导入新课 多媒体投影几种复杂直流电路，设计几个小问题让学生们利用所学知识分析解决，当学生分析时遇到难题时，自然由简单直流电路过渡到复杂直流电路，导入新课。 二、讲授新课 教学环节1：复杂直流电路 教师活动： 通过多媒体投影几种复杂直流电路，讲解支路、节点、回路、网孔的定义。 学生活动： 对照复杂直流电路的电路图，理解四个名词的含义。 能力培养：培养学生的观察能力。 教学环节2：基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律的内容 演示：演示基尔霍夫定律演示仪 教师活动： 引导学生观察、分析演示仪中各支路电流的数值关系，引出并验证基尔霍夫电流定律； 自评标准 学生活动：通过分析实验数据总结基尔霍夫电流定律，并练习应用。 基尔霍夫电流定律的推论 教师活动：借助多媒体的动画演示引导、启发学生得出推论； 学生活动：通过观察多媒体动画，讨论总结推论。 教学环节3：基尔霍夫电压定律 演示：演示基尔霍夫定律演示仪 教师活动：引导学生观察、分析演示仪中各元件两端电压的数值关系，引出并验证基尔霍夫电压定律； 学生活动：通过分析实验数据总结基尔霍夫电压定律，并练习应用 三、课堂小结 教师与学生一起回顾本节知识，引导学生在理解的基础上总结。为便于学生记忆，教师总结出教学重点，用多媒体投影。 1、基尔霍夫电流定律，简称KCL，又称节点电流定律。它反映了电路中各个支路电流之间的关系，其内容为：在任意瞬间，流入任一节点的电流总和等于从这个节点流出的电流总和。其表达式为 åI入=åI出 2、基尔霍夫电压定律，简称KVL，又称回路电压定律。它反映了电路中各个元件电压之间的关系。其内容为：在任意瞬间，沿电路中任一回路，各段电压的代数和恒为零，即 åU=0 四、课堂练习 1、电路如图1-12所示，试计算电流I1。 图1-12 例1-4图 2、电路如图1-15所示，应用基尔霍夫定律计算未知电压。 3、 电路如图1-17图，试求Uab。 图1-17 例1-6图 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 . 任务三 直流电路的分析方法 素质目标 培养学生严谨的治学态度 会灵活应用支路电流法,叠加定理和戴维宁定理解决实际电路 能力目标 知识目标 1.掌握支路电流法 2理解戴维宁定理的内容。 3.叠加定理 任务重点 支路电流法 叠加定理 戴维宁定理的内容 理解叠加定理,戴维宁定理的内容并灵活应用戴维宁定理解决实际电路 任务难点 教学方法 讲授法、演示法、讲练法、归纳法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一、导入新课 复习上节课学习的基尔霍夫定律后，借助于多媒体投影一个有四条支路的复杂电路，提出问题是：只要求某一条支路电流，让学生思考如何解决。当学生列出基尔霍夫定律的方程组后引导学生观察方程组，解此方程组难度如何，从而引出当只要求一条支路电流时的好方法-戴维宁定理。 二、讲授新课 教学环节1:支路电流法 复习基尔霍夫定律,通过例题引出支路电流法 教学环节2：二端网络 教师活动： 多媒体投影有源和无源二端网络教师对比讲解； 学生活动： 在教师的引导下区别掌握有源和无源二端网络的知识。 能力培养：培养学生的观察、对比能力。 教学环节3：戴维宁定理的内容 演示1：多媒体动画演示戴维宁定理的内容 教师活动： 借助多媒体的动画效果，一步步动画演示、讲解定理的内容； 学生活动：将动画演示与文字讲解配合理解，深入地学习掌握定理的内容。 教学环节4：开路电压和等效电阻的计算 教师活动： 借助于干电池，提出如何测它的电动势和内电阻的问题让学生思考，然后教师总结求开路电压和等效电阻的计算方法； 学生活动： 在教师的引导下思考问题，掌握求开路电压和等效电阻的计算方法； 教学环节5：叠加定理的内容 演示：叠加定理演示仪 教师活动：针对导入时提出的问题，借助于叠加定理演示仪，演示、分析、归纳叠加定理的内容； 学生活动： 观察叠加定理演示仪各仪表的示数，分组讨论，归纳、理解叠加定理的内容。 能力培养：培养学生的观察和归纳能力。 教学环节6：叠加定理解题的一般步骤 教师活动： 针对具体例题讲解、归纳应用叠加定理解题的一般步骤 学生活动：跟随教师的讲解理解、掌握应用叠加定理解题的一般步骤 三、课堂小结 教师与学生一起回顾戴维宁定理的内容及解题方法，引导学生在理解的基础上总结。为便于学生记忆，教师总结出教学重点，用多媒体投影。 1、戴维宁定理的内容：对外电路来说，任何线性有源二端网络，都可以用一个理想电压源和一个电阻的串联组合代替。理想电压源的电压等于原二端网络的开路电压，用UOC表示；电阻则等于原二端网络除源后的等效电阻，用RO表示，这就是戴维宁定理。 2、开路电压和等效电阻的计算 开路电压的计算方法：开路电压Uab等于从a点到b点所经路径上全部电压的代数和。 等效电阻常用网络除源法计算：将有源二端网络的电源短路仅保留电源内阻，使其变为无源二端网络，然后求其等效电阻。 3、叠加定理的内容 叠加定理的内容为：在线性电路中，任何一条支路的电流，都是各个电源单独作用时在该支路中所产生的电流的代数和。 4、叠加定理解题的一般步骤 分别作出一个电源单独作用的分图，而其余电源只保留其内阻。 按电阻串、并联的计算方法，分别计算出分图中每一支路中电流分量的大小和方向。 求出各电动势在每个支路中产生的电流的代数和，这些电流就是各电动势共同作用时，在各支路中产生的电流。 四、课堂练习 1.试用戴维宁定理化简下图所示有源二端网络。 2.电路如图所示，已知E1=E2=17V，R1=2W，R2=1W，R3=5W，用叠加定理求各支路电流。 五、课后作业 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务一：正弦交流电的基本概念及表示方法 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 培养学生的观察能力和理论联系实际的能力 1知道交流发电机的作用和工作原理; 2知道正弦交流量的三要素表示法； 3能指出正弦交流量大三要素及其意义； 4. 知道正弦交流量与相量的对应关系; 5. 能将正弦量表示成相量 知识目标 任务重点 掌握三要素、相位差、有效值的灵活应用、正弦量的相量表示法 任务难点 正弦量的相量表示法 教学方法 讲授法、对比法、讨论法,讲练结合 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一 正弦量的基本特征 随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为： u=Umsin(wt+qu)i=Imsin(wt+qi)1.正弦交流电的数学表达式和三要素 周期T、频率f、角频率 2.相位、初相和相位差 相位：正弦量表达式中的角度 初相：t=0时的相位 相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。 3.振幅与有效值 振幅：正弦量的最大值 周期电流有效值：让周期电流i和直流电流I分别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的时间T内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流I的值为周期电流i的有效值。 二 正弦量的相量表示法 1.旋转矢量 2.复数及其运算 复数A可用复平面上的有向线段来表示。该有向线段的长度a称为复数A的模，模总是取正值。该有向线段与实轴正方向的夹角称为复数A的辐角 正弦量的相量表示法 将复数Imi乘上因子1t，其模不变，辐角随时间均匀增加。即在复平面上以角速度逆时针旋转，其在虚轴上的投影等于Imsin(t + i )，正好是用正弦函数表示的正弦电流i。可见复数Imi与正弦电流i=Imsin(t + i )是相互对应的关系，可用复数Imi来表示正弦电流I。 三、课堂小结 教师与学生一起回顾本节棵的知识，引导学生在理解的基础上记忆。 四、课后作业 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务二 单一参数的正弦交流电路 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 培养学生推理的能力 知识目标 1. 知道电阻、电容、电感元件的电压、电流关系； 2能说出电阻、电感和电容元件的电压、电流关系及相量关系; 3. 能作出电阻、电感和电容元件的电压、电流相量图 任务重点 电阻元件、电感元件、电容元件的交流电路 任务难点 电阻元件、电感元件、电容元件的交流电路 教学方法 讲授法、讲练法、归纳法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 单一参数元件的交流电路 1 电阻电路 电阻元件上电压与电流的关系 电阻元件上电压与电流的关系 瞬时关系：iR=uRURm=sin(wt+q)RR 大小关系：URm=IRmR 相位关系： ··电阻元件上电压与电流的相量关系： UR=IRR 2电感电路 diu=Ldt 瞬时关系：大小关系：UL=ILwL=ILXL o相位关系： 2 电容电路 瞬时关系： i=Cdudt 大小关系： UC=ICXC o相位关系： 电流超前电压90 电容元件上电压与电流的相量关系：UC=-jXCIC ··教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务三 RLC串联交流电路 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 培养学生的推理能力 1. 知道串联正弦交流电路的电压、电流关系； 2知道串联正弦交流电路电压三角形、阻抗三角形的构成； 3. 能分析计算串联正弦交流电路； 4. 能作出串联正弦交流电路的相量图、电压三角形和阻抗三角形 知识目标 任务重点 掌握RLC串联电路的电流、电压关系及RLC串联电路的功率 任务难点 通过阻抗角来判断电路的性质并会熟练计算 教学方法 一体化教学法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一 电压与电流的关系： i=Imsinwt，则由KVL如：RLC·串联电路中流过各元件的电流相等为·····定律知U=UR+UL+UC=IR+j(XL-XC)=IZ 二电路的性质 XLñXC时为电感性电路 ； jñ0 XL=XC时为电阻性电路 ； j=0 XLáXC时为电容性电路 ； já0 三 结论：RLC串联电路可根据阻抗角的大小来判断电路的性阻抗串联电路 如：有多个复阻抗串联的电路 ······则：U=U1+U2+U3+.+Un=IZ； Z=Z1+Z2+Z3+.+Zn 例1.已知有一RLC串联电路，其中R=30W，L=382mH，C=39.8uF，外o加电压u=2202sin(314t+60)V，求 复阻抗Z，并确定电路的性质 I、UR、UL、UC 画出相量图 例2.已知RLC串联电路中R=5W，L=8 mH ，C=200 UF，若外加电源电压的角频率为w=1000四.课后作业 ····rads,试求电路的复阻抗？若w=500rads,求复阻抗，并说明这两种角频率下复阻抗的性质？ 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务四 RL与C并联交流电路 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 培养学生的推理能力 1. 知道RL与C并联交流电路的电压、电流关系； 2. 能分析计算RL与C并联交流电路； 知识目标 任务重点 RL与C并联交流电路的电流、电压关系 任务难点 RL与C并联交流电路的分析计算 教学方法 讲授法、讲练法、归纳法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一 基尔霍夫的相量形式 ·0 1相量形式的基尔霍夫电流定律： åI=·2 相量形式的基尔霍夫电压定律： åU=0 二、复阻抗串联和并联电路 1阻抗串联电路 如：有多个复阻抗串联的电路 则U=U1+U2+U3+.+Un=IZ； Z=Z1+Z2+Z3+.+Zn 2阻抗法分析并联电路 i1为R1和L组成的串联支路已知由两条支路组成的并联电路，的电流；i2为R2和C所组成的串联支路的电流，则： I1=········UR1+jXL ··I2=UR2-jXC ·UI=I1+I2=Z ···课后作业 教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 任务五 功率因数 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 1.理解功率因数的概念 2. 知道提高功率因数的意义和方法； 3. 知道补偿电容的关系式； 4. 会计算和选择补偿电容的大小 知识目标 任务重点 提高功率因数的意义和方法 任务难点 补偿电容的计算 教学方法 一体化教学法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 一、提高功率因数的意义 1.充分利用供电设备的容量，使同样的供电设备为更多的用电器供电 每个供电设备都有额定的容量，即视在功率S=UI。供电设备输出的总功率S中，一部分为有功功率P=Scosj，另一部分为无功功率Q=Ssinj。cosj越小，电路中的有功功率P=Scosj就越小，提高cosj的值，可使同等容量的供电设备向用户提供更多的功率。因此，提高供电设备的能量的利用率。 2.减少供电线路上的电压降和能量损耗 我们知道，P=IUcosj，I=P/(Ucosj)，故用电器的功率因数越低，则用电器从电源吸取的电流就越大，输电线路上的电压降和功率损耗就越大；用电器的功率因数越高，则用电器从电源吸取的电流就越小，输电线路上的电压降和功率损耗就越小。故提高功率因数，能减少供电线路上的电压降能量损耗。 二、提高功率因数的方法 1合理选用电器设备及其运行方式 a. 尽量减少变压器和电动机的浮装容量，减少大马拉小车现象； b. 调整负荷，提高设备的利用率，减少空载、轻载运行的设备； c. 对负载有变化且经常处于轻载运行状态的电动机，采用DY自动切换方式运行。 2在感性负载上并联电容器提高功率因数 I感性负载电路中的电流落后于电压，并联电容器后可产生超前电I1R 压 CU90°的电容支路电流，抵减落后于电压的电流，使电路的总电流减小，L从 而减小阻抗角，提高功率因数。用串联电容器的方法也可提高电路的图4.7.1 感性负载并联功 率因数，但串联电容器使电路的总阻抗减小，总电流增大，从而加重电 源的负担，因而不用串联电容器的方法来提高电路的功率因数。 设负载的端电压为U，电压频率为f，电源供给负载的功率为P，功率因数为cosj1，要将负载的功率因数从cosj1提高到cosj2，问需在负载两端并联多大的电容？ 解：设并联电容量为C的电容器电路的功率因数从cosj1提高到cosj2，则： PPsinj1-sinj2Ucosj1Ucosj2PPP =tanj1-tanj2 =(tanj1-tanj2)&ICUUU U =2pfCU I1RXCPj1C=(tanj1-tanj2)2j22pfUI+IIC=I1sinj1-I2sinj2=&U式中 P电源供给负载的有功功率,W； U负载的端电压,V； j1并联电容前电路的阻抗角； j2并联电容后电路的阻抗角； f电源频率，Hz； C并联电容器的电容量。 课后作业 1LCI2 I1LI1图4.7.1 感性负载并联电容器相量图教学教案 任课教师： 教研室主任： 编写日期： 年 月 日 审批日期： 年 月 日 授课日期 班级 任务内容 项目三 三相交流电路 素质目标 培养学生严谨的治学态度 能力目标 1. 知道三相交流发电机的构造和工作原理；知道三相对称正弦交流量的特点和表达式；知道三相电源连接方式；能写出三相对称正弦交流量的表达式，并作出相量图 2. 知道三相对称和不对称电路的特点；能分析计算三相对称电路 3. 会计算三相电路的功率 知识目标 任务重点 ：1三相交流电的供电方式。 2三相交流电的两种接线方式 任务难点 三相负载的两种接线方式的分析与应用 教学方法 一体化教学法 布置作业 课后作业 课后分析 n 学习后的心得体会： 通过本任务的学习，我知道了 n 对任务完成的过程自评，并写出今后的打算。 参与完成所有活动，自评为优秀；缺一个，为良好；缺两个为中等；其余为加油。 自评结果 今后打算 自评标准 第一节 三相正弦交流电源 在电力系统中，几乎全部采用交流三相制供电，究竟它有些什么优点使得它应用这么广泛呢？与单相交流电相比，三相交流电具有如下优点： 1三相发电机比尺寸相同的单相发电机输出的功率要大。 2三相发电机的结构和制造不比单相发电机复杂多少，且使用、维护都较方便，运转时比单相发电机的振动要小。 3在同样条件输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电线比单相输电线可节约25左右的材料。 4三相异步电动机是应用最广的动力机械。使用三相交流电的三相异步电动机结构简单、价格低廉、使用维护方便，是工业生产的主要动力源。 由于具有以上优点，所以三相交流电比单相电应用得更广泛，通常的单相交流电源多数也是从三相交流电源中获得的。 一、三相交流电源 让我们看看周围的供电线路。在一般家庭中，采用两根线传送，一根零线(黑色)，一根相线(黄色或红色或绿色，大多数为红色)，称为单相交流电。我们习惯上说的交流电指的就是单相正弦交流电。而在用电量大的工厂及大楼等动力用电处则采用三相交流电供电(黄、绿、红三种颜色线同时传输)。 单相交流电路从一个电源出发用两根线进行输送，这是用了三相交流电中一相(有时也称为单相三线电)，如下图(a)所示。三相交流电从一个电源出发(电压相等、频率相同、相位彼此相差为1200的三个电源)，用三根线进行输送，如下图所示。 三相交流电是由三相发电机产生的。三相交流发电机原图理如下图所示，发电机有一个可以转动的磁铁，在磁铁周围的圆周上均匀分布有U1-U2、V1-V2、W1-W2三个绕组，每一个绕组叫做一相，各相绕组的匝数相等、结构相同，它们的始端在空间位置上彼此相差1200，它们的末端在空间位置上也彼此相差1200。 若按顺时针方向转动磁铁，在线圈U1-U2中就会产生感应电动势；则在线圈V1-V2中产生相同的感应电动势，但其相位较U1-U2滞后1200，W1-W2也产生相同的感应电动势，但其相位较V1-V2滞后1200。与磁铁的转动角相一致画出的波形如下图所示，矢量图如下图所示。 在上图中，把线圈U1-U2、V1-V2和W1-W2上所产生的感应电动势依次到达最大值的顺序叫做相序，三个线圈分别用U、V、W来表示。习惯上把三相交流电中相序为U-V-W称为正序。 在电工技术和电力工程中，把上图所示这样的电压称为三相交流电压。可以把它看作是三个单相交流电源，其电压大小相等，频率相同，相位互差120°。 三、三相交流电供电方式 把三相发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连接成一个公共端点，叫做中性点(零点)，用字母N表示。从中性点引出的导线称为中性线(或零线)，用黑色或白色表示。中性线接地时，又称为地线。从线圈的首端Ul、V1、Wl引出的三根导线称为相线(俗称火线)，分别用黄、绿、红三种颜色表示，这种供电系统称为三相四线制。如下图所示。在低压供电系统中常采用三相四线制供电。如生活中的照明用电就是采用三相四线制供电。 三相四线制供电系统可输送两种电压，即相电压与线电压。各相线与中性线之间的电压称为相电压，分别用UU、UV、UW表示其有效值；相线与相线之间的电压称为线电压，用UUV、UVW、UWU表示。另一种表示方法是用UP表示相电压，UL表示线电压。 由于电动势的方向规定为从绕组的末端指向始端，那么相电压的方向就是从绕组的始端指向末端，如上图所示相电压UU、UV、UW。线电压的方向按三相电源的相序来确定，如UUV就是从U1端指向V1端；UVW就是从V1端指向W1端；UWU就是从W1端指向U1端，如上图所示线电压UUV、UVW、UWU。 实验证明，三相四线制供电系统中，相电压和线电压都是对称的，各线电压的有效值为相电压有效值的3倍，而且各线电压在相位上比各对应的相电压超前300。即 UL=3UP 我国低压三相四制供电系统中，电源相电压有效值为220V，线电压有效值为380V。 第二节 三相负载的联结 由三相电源供电的负载叫三相负载。三相电路中的三相负载，可分为对称三相负载和不对称三相负载。各相负载的大小和性质完全相同的叫对称三相负载，即RU=RV=RW，XU=XV=XW。如三相电动机、三相变压器、三相电炉等。各相负载不等的就叫不对称三相负载，例如家用电器和电灯，这类负载通常是按照尽量平均分配的方式接入三相交流电源中。 在三相电路中，负载有星形和三角形两种联结方式。 一、三相负载的星形联结 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，这种连接的方法叫做三相负载的星形联结。如下图(a)所示为三相负载星形联结的原理图，图所示为三相负载星形联结的实际电路图。 负载作星形联结并具有中性线时，每相负载两端的电压称为负载的相电压，用UYP表示。 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 UYP=UP 电源的线电压与负载的相电压关系为 UL=3UYP 在三相交流电路中，负载作星形联结，流过每一相负载的电流称为相电流，分别用IU、IV、IW表示，一般用IYP来表示。流过每根相线的电流称为线电流，分别用Iu、Iv、Iw来表示，一般用IL表示。 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。 如下图所示，由于每相的负载都串在相线上，相线和负载通过的是同一个电流，所以各线电流等于各相电流，即IUIu，IVIv，IWIw。 一般写成 ILIP 除此之外，我们还要考虑流过中性线的电流，由基尔霍夫节点电流定律可以求出中性线电流。一般采用矢量法来分析。中性线电流为线电流的矢量和 IN=IU+IV+IW ····对于三相对称负载，在对称三相电源作用下，三相对称负载的中性线电流等于零，如下图(a)所示。即 IN=IU+IV+IW=0 ····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，电路变成如下图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) (b) 若负载不对称，则中性线电流不为零，其中性线电流为 IN=IU+IV+IW或 iN=iU+iV+iW ····3.不对称负载星形联结时中性线的作用 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星形联结的三相电路。下面，我们根据实验中的数据来分析三相四线制中性线的重要作用。 如下图所示，把额定电压为220 V，功率分别为l00 W、60 W和40 W的三盏白炽灯作星形联结，然后接到三相四线制的电源上。 为了便于说明问题，设在中性线上装有开关SN，如下图(a)所示。当SN合上时每个灯泡都能正常发光。当断开SU、Sv和Sw中任意一个或两个开关时，处在通路状态下的灯泡两端的电压仍然是相电压，灯仍然正常发光。上述情况是相电压不变，而各相电流的数值不同，中性线电流不等于零。如果断开开关Sw，再断开中性线开关SN，如下图(b)所示。中性线断开后，电路变成不对称星形负载无中性线电路，40 W的灯反而比l00 W的灯亮得多。其原因是，没有中性线，两个灯(40 W和l00 W灯泡)串联起来以后接到两根相线上，即加在两个串联灯两端的电压是线电压(380 V)。又由于l00 W的灯的电阻比40 W的灯的电阻小，由串联分压可知它两端的电压也就小。因此，l00 W的灯反而较暗，40 W的灯两端的电压大于220 V，会发出更强的光,还可能将灯烧毁。 可见，对于不对称星形负载的三相电路，必须采用带中性线的三相四线制供电。若无中性线，可能使某一相电压过低,该相用电设备不能工作；某一相电压过高,烧毁该相用电设备。因此，中性线对于电路的正常工作及安全是非常重要的，它可以保证负载电压的对称，防止发生事故。 通过这个实例可以发现，中性线的作用就是使不对称的负载获得对称的相电压，使各用电器都能正常工作，而且互不影响。 在三相四线制供电线路中，规定中性线上不允许安装熔断器、开关等装置。为了增强机械强度，有的还加有钢芯；另外通常还要把中性线接地，使它与大地电位相同，以保障安全。 结论： 负载作星形联结时： 电源线电压是负载两端相电压的3倍，即UL=3UYP； 每一相相线的线电流等于流过负载的相电流，即ILIP； 对于对称负载可去掉中性线变为三相三线制传输； 对于不对称负载则必须加中性线，采用三相四线制传输。 二、三相负载的三角形联结 1联结方式 把三相负载分别接到三相交流电源的每两根相线之间，负载的这种连接方法叫做三角形联结。如下图(a)所示为负载作三角形联结的原理图，图(b)所示的是三相负载三角形联结的实际电路图。 2.电路计算 三角形联结中的各相负载全都接在了两根相线之间，因此负载两端的电压，即负载的相电压等于电源的线电压，则 UP=UL 由于三相电源是对称的，无论负载是否对称，负载的相电压是对称的。 对于负载作三角形联结的三相电路中每一相负载来说，都是单相交流电路。各相电流和电压之间的数量与相位关系与单相交流电路相同。 在对称三相电源的作用下，流过对称负载的各相电流也是对称的，应用单相交流电路的计算关系，可知各相电流的有效值为IUV=IVW=IWU=UL，采用矢量表示可求出线电流与相电流之间有以ZUV下关系IL=3IP 结论： 当三相负载作三角形联结时： 相电压等于线电压，即UP=UL； 当对称三相负载作三角形联结时，线电流的大小为相电流的3倍，一般写成IL=3IP。 三、三相电路的功率 在三相交流电路中，不论负载采取星形联结的方式，还是采取三角形联结的方式，三相负载消耗的总功率等于各相负载消耗的功率之和，即P=PU+PV+PW。每一相负载所消耗的功率，可以应用单相正弦交流