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    4.1 三相交变电流 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-2)

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    4.1 三相交变电流 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-2)

    1、第第 1 节节 三相交变电流三相交变电流 学习目标 核心提炼 1.了解三相交流发电机的构造。 1 种发电机三相交流发电 机 1 个原理三相交变电流产 生的原理 2 种连接方式三相四线制、 三相三线制 2.了解三相交变电流的产生及特点。 3.知道三相交变电源与负载的连接方 式,线电压与相电压的关系。 4.了解三相交变电流在生产、生活中 的广泛应用。 一、三相交流发电机 阅读教材第 64 页第一部, 了解三相交流电的概念, 知道三相交流发 电机的结构、特点及分类。 1.三相交变电流:为了提高发电效率,通常在一个发电机中安装 3 组 独立的互成 120 角的线圈。一台发电机就能同时生产出三相独立的交

    2、 变电流,称为三相交变电流,俗称三相交流电。 2.三相交流发电机 定义 同时产生出三相独立的交变电流的发电机 组成 电枢线圈和磁极 分类 特点 旋转磁极式 旋转电枢式 输出功率大 输出功率小 思维拓展 单相发电机和三相交流发电机有何不同? 答案 单相发电机只有 1 组线圈,只产生一相电动势;三相交流发电 机有 3 组互成 120 的线圈,产生三相独立的交变电流。 二、三相交变电流的产生 阅读教材第 6465 页,了解三相交变电流是如何产生的。 1.产生:三个相同的线圈固定在一个铁芯上,线圈平面互成 120 角, 铁芯匀速转动时,就相当于三个线圈在磁场里做切割磁感线运动,就 产生三相交变电流。

    3、2.特点:三个交变电动势的最大值和周期都相同,但是它们达到最大 值(或零值)的时刻不同,依次落后1 3个周期。 思维拓展 三相交变电流的每一相电流的变化规律跟前面学过的正弦式交变电 流相同吗? 答案 完全相同。 三、电源与负载的连接方式 阅读教材第 6566 页,了解三相交流电的两种连接方式。 1.常用的两种连接方式 三相四线制星形接法、三相三线制星形接法。 2.线电压和相电压 (1)线电压:火线与火线之间的电压,一般为 380 V。 (2)相电压:火线与中线之间的电压,一般为 220 V。 (3)两者关系:在星形接法中 U线 3U相。 思考判断 (1)照明电路中的火线与零线间的电压为 220

    4、 V。() (2)照明电路中的电源总是由火线流入,零线流出,因而开关要接在火 线上。( ) (3)照明电路中火线与零线间的电势差为 220 V, 且总是火线的电势高。 ( ) 预习完成后,请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 三相交变电流的产生及特点 要点归纳 1.产生:3 组完全相同的线圈互成 120 角固定在同一转轴上,同时在 磁场中匀速转动, 电路中就产生 3 个交变电动势, 形成三相交变电流。 2.三相电流的异同点 (1)相同量 最大值、有效值。 周期或频率。 (2)不同量:相位及达到最大值(或零值)的时刻。 3.瞬时值表达式:三个绕组(AX、BY、CZ)中产生的感应

    5、电动势可用函 数分别表示为 eAEmsin t,eBEmsin t2 3 ,eCEmsin t4 3 。 4.et 图象:三相交变电流的 et 图象如图 1 所示。 图 1 精典示例 例 1 下列关于三相交变电流的产生原理说法正确的是( ) A.发电机中 3 个绕组具有相同的匝数和绕向,互成 60 角 B.在转动过程中,每个绕组产生的感应电动势的最大值和周期都相同 C.在转动过程中,每个绕组产生的感应电动势的有效值及瞬时值都相 同 D.发电机的三个绕组在转动过程中达到最大值的时间依次落后T 6 解析 发电机三个绕组具有相同匝数和绕向,且互成 120 角,故 A 错 误;三个绕组匝数相同,面积相

    6、同,角速度相同, 电动势最大值及周 期相同,故 B 正确;三个绕组互成 120 角,达到最大值的时刻不同, 因而瞬时值不同,故 C 错误;三个绕组互成 120 角,达到最大值的时 间依次相差1 3T,故 D 错误。 答案 B 针对训练 1 三相交流发电机的 3 个线圈中,某相的电压 u 311sin(100t) V,那么( ) A.3 个线圈中交流电的频率都是 50 Hz B.在 t0 时, 其他两个线圈的输电电压为零 C.3 个线圈按相同的规律变化,同时达到最大值 D.3 个线圈中交流电的周期都是 0.01 s 解析 由电压的表达式知 100 rad/s,而 2f 可知 f50 Hz,3 个

    7、线圈的频率相同,均为 50 Hz,A 项正确;由 T1 f知,T0.02 s, D 错误; t0 时, 某相的电压为零, 其他两个线圈的输出电压不为零, B 错误;三个线圈的相位相差2 3,变化规律不同,达到最大值的时刻 也不相同,C 错误。 答案 A 三相交流电源与负载的连接方式 要点归纳 1.连接方式及特点 负载特点 三相负载对称 三相负载不对称 中线情况 中线中无电流,可以 去掉 中线中有电流,必须保 留中线 连接方式 三相三线制 三相四线制 线相关系 U线 3U相 U线 3U相 2.相线、中线的区分:通常用黄、绿、红三色分别标记相序为 A、B、 C 的相线,用黑色标记中线。 精典示例

    8、例 2 如图 2 所示,三相四线制供电电路中,电源电压为 220 V。三 相负载都是纯电阻,RARB10 ,RC20 ,问: 图 2 (1)中性线能否省去? (2)若中性线 OO断路,RA发生短路,RB、RC两端电压及其中电流为多 大? 解析 (1)由于三相负载不对称,中性线不能省去,中性线起到平衡负 载的作用。 (2)若中性线 OO断路,RA发生短路,B、C 两电阻两端的电压均为线 电压 380 V,电流分别为 IBU 线 RB 380 10 A38 A,ICU 线 RC 380 20 A 19 A。 答案 (1)不能省 (2)电压均为 380 V RB中的电流为 38 A RC中的 电流为

    9、 19 A 针对训练 2 如图 3 所示,在三相交流电源上按星形接法连接相同负 载 1、 2、 3。 BN是中性线, 已知负载 1 上电压为 220 V, 电流为 15 A。 现以 I 表示中性线上的电流,U 表示 P、Q 两点间电压,则( ) 图 3 A.I15 A,U440 V B.I45 A,U380 V C.I0,U440 V D.I0,U380 V 解析 三个线圈使用的是星形接法,相电压与线电压的关系是 U线 3U相,因为每个负载上的电压为相电压,所以 UPN220 V,PQ 间 的电压为线电压,所以 UPQ 3UPN380 V,由于三相负载相同,所 以中性线上电流为 0,故选项 D

    10、 正确。 答案 D 1.(三相交流的连接方式)如图 4 所示,将三相对称负载以星形(Y)方式 接入对称三相四线制电源,若将中线断开,则( ) 图 4 A.三相负载仍能正常工作 B.三相负载中的电流均为零 C.有的负载端电压过高,有的负载端电压过低 D.两相负载正常工作,另一相负载不能正常工作 解析 将三相对称负载以星形(Y)方式接入对称三相四线制电源, 若将 中线断开,每相的相电压均为 220 V,有电流,而且在这种情形下, 中线无电流,可以省去,故选项 A 正确。 答案 A 2.(三相交流电的特点)比较三相交流发电机的三个线圈输出的三相交 流电压,下列说法正确的是( ) A.最大值、周期及达

    11、到最大值的时刻相同 B.最大值、周期均相同,达到最大值时刻相差T 6 C.最大值、周期均相同,达到最大值时刻相差T 3 D.最大值、周期及达到最大值的时刻均不相同 答案 C 3.(三相交流的电压表的连接)(多选)三相电源的连接如图 5 所示,电路 中的三个交流电压表的示数 U1、U2、U3间的关系是( ) 图 5 A.U1U21 2 B.U1U311 C.U2U311 D.U2U3 31 解析 该接法是星形接法,采用三相四线制对外供电,三只交流电压 表,其中 、 测量的是相电压, 测量的是线电压,选项 B、D 正确。 答案 BD 4.(三相交流发电机线圈与负载的连接)三相交流发电机线圈和负载连

    12、 接如图 6 所示,已知每相线圈的电压为 220 V,R1R2R338 , RLA1RLA2RLA322 。求通过电阻和电灯的电流。 图 6 解析 发电机每个线圈始端 A、B、C 分别由端线引出,末端 X、Y、Z 用中性线连接,形成星形连接,因 AX、BY、CZ 间电压(相电压)是 220 V,所以 A、B、C 三条端线间电压(线电压)U线 3U相380 V。 电阻 R1、R2、R3是三角形连接,电阻两端电压是两端线间电压 UR U线380 V,通过每个电阻的电流 IRUR R 380 38 A10 A。电灯 LA1、 LA2、LA3是星形连接,两端电压是端线与中性线之间的电压,UA U相220 V,所以通过每个电灯的电流为 IAUA RA 220 22 A10 A。 答案 10 A 10 A


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