2017-2018学年高中物理鲁科版选修3-2教学案：第四章 第1节 三相交变电流
- 格式：doc
- 大小：514.00 KB
- 文档页数：9
第1节三相交变电流
一、三相交流发电机
1．发电机组成、分类
概念 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 旋转磁极式 输出功率大
旋转电枢式 输出功率小
2．绕组特点
三个绕组具有相同的匝数、绕向，互成120°角。
二、三相交变电流的产生
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切割磁感线，就产生三相交变电流。
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1.三相交流发电机内安装3组独立的互成120°角的线圈，能同时产生出三相独立的交变电流。
2．发电机的三相绕组通常采用三相四线制连接方式，若三相负载完全对称则中线电流为零，可取消中线采用三相三线制。
3．三相电源的星形接法中火线与中线之间的电压是相电压，火线与火线之间的电压是线电压，线电压与相电压之间的关系是U线＝3U相。
刻不同，依次落后13个周期。
三、电源与负载的连接方式
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。
1．自主思考——判一判
(1)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期及达到最大值的时刻均相同。(×)
(2)三相交流发电机的三个线圈发出的三相交变电压，最大值、周期均相同，但达到最大值的时刻依次相隔13周期。(√)
(3)在三相交变电流中相电压和线电压一定相等。(×)
(4)若三个负载相同，则一般可用三相三线制星形接法。(√)
2．合作探究——议一议
(1)三相的“相”是什么意思？三相交流发电机和单相发电机有何相同点和不同点？
提示：①相，就是电源组；三相，就是3个电源组。
②单相发电机只有一组线圈，只产生一相交变电动势。三相交流发电机有三组互成120°的线圈，产生三相独立的交变电流，但是每组线圈产生交变电动势的原理跟单相发电机的原理相同，都是靠线圈和磁场发生相对运动，利用电磁感应现象产生交变电流。
(2)三相交变电源中每一相电源的电动势峰值Em是否还是有效值的2倍？
提示：是。这是由于每个电动势都按照正弦规律变化。所以三相交变电源中峰值和有效值的关系和正弦交变电流相同。
(3)由电厂(变电所)到单位(或村庄)的输电线路通常有几根线？是相线还是零线？从单位的变压器引出的输电线通常有几根？到每个家庭的输电线通常有几根？
提示：①由电厂(变电所)到单位或村庄的输电线通常有三根，都是相线。
②从单位的变压器引出的输电线通常有四根，有三根相线，一根零线。
③到每个家庭的输电线通常有二根(也有四根的)，一根相线和一根零线。
三相交变电流原理的考查
1．三相电流的异同点
(1)相同量
①最大值、有效值；
②周期或频率。
(2)不同量：相位及达到最大值(或零值)的时刻。
2．瞬时值表达式
三个绕组(AX、BY、CZ)中产生的感应电动势可用函数分别表示为：
eA＝Emsin ωt，
eB＝Emsin ωt－2π3，
eC＝Emsin ωt－4π3。
3．e-t图像
三相交变电流的e-t图像如图4-1-1所示。
图4-1-1
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不相同
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13T
解析：选D 发电机中的三个绕组具有相同的匝数和绕向，且互成120°角，选项A错误；三个绕组由于匝数相同，所以产生的电动势的最大值相同，周期相同，但由于它们互成120°角，所以达到最大值的时间依次落后13个周期，故选项D正确，B、C错误。
2．(多选)关于三相交变电流，下列说法正确的是( )
A．三相交流发电机的三个线圈产生的交变电动势有相同的周期和最大值
B．三相交流发电机的三个线圈中每一个线圈都可以单独向外供电
C．三相交流发电机的三个线圈产生的电动势不同时到达最大值
D．三相交流发电机线圈采用星形接法时，负载也必须采用星形接法
解析：选ABC 三相交变电动势的周期和最大值都相同，三相交流发电机相当于三个独立的电源同时供电，三相交变电动势达到最大值的时间依次落后13个周期，选项A、B、C正确；三相交流发电机的线圈和负载既可以用同一种接法，也可以一个采用星形接法，另一个采用三角形接法，选项D错误。
三相交变电流的电路连接方式
电源与负载的几种连接方式及特点
负载特点 三相负载对称 三相负载不对称
有无中线 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Y-Y接法 三相三线制Y-△接法 三相四线制Y-Y接法
线相关系 U线＝3U相
I线＝I相 U线＝U相
I线＝3I相 U线＝3U相
I线＝I相
[特别提醒]
(1)在电工学中，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。
(2)在我国日常电路中，相电压是220 V，线电压是380 V。
(3)三相四线制输电中的中线不同于电器设备的接地线；前者有电流通过，后者只在电器设备漏电时起保护作用。
1．如图4-1-2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 4-1-2
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：选A 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，中线中无电流通过，可以省去，故选项应为A。
2.如图4-1-3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′是中线，已知负载1上电压为220 V，电流为15 A。现以I表示中线上的电流，U表示P、Q两点间电压，则(
)
图4-1-3
A．I＝15 A，U＝440 V
B．I＝45 A，U＝380 V
C．I＝0，U＝440 V
D．I＝0，U＝380 V
解析：选D 三个线圈使用星形接法，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UPN′＝220 V，PQ间的电压为线电压，所以UPQ＝3UPN′＝380 V，由于三相负载相同，所以中线上电流为0。故选项D正确。
1．下列关于三相交流发电机的说法不正确的是( )
A．三相交流发电机与单相交流发电机一样，主要组成部分是电枢线圈和磁极
B．三相交流发电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两类
C．三相交流发电机发出三相交变电流，但只能使用其中一相交变电流
D．三相交流发电机也可以当作三个单相交流发电机，分别单独向外传送三组单相交变电流
解析：选C 由三相交流发电机的原理和分类可知A、B正确；三相交流发电机能同时产生三相独立的交变电流，每相交变电流都能单独使用，故D正确，C错误。
2．在匀速转动的三相交流发电机中，关于三个线圈中产生的电动势，下列说法不正确的是( )
A．按相同规律变化，同时达到最大值和最小值
B．具有相同的有效值
C．具有相同的周期和频率
D．具有相同的最大值
解析：选A 三相交流发电机中，三个线圈具有相同的有效值、周期、频率及最大值；但它们的相位相差23π。故B、C、D正确，A错误。
3．下列有关三相交流发电机和三相交变电流的说法正确的是( )
A．旋转电枢式三相交流发电机一般适用于较大输出功率
B．三个绕组的匝数和绕向不同，互成120°角
C．若三个负载相同，则一般可用三相三线制星形接法
D．三相四线制和三相三线制星形接法中的每个负载两端的电压均为380 V
解析：选C 旋转电枢式发电机一般适用较小功率输出，A错。三相交流发电机的三个绕组的匝数和绕向相同且互成120°角，B错。负载相同时，可采用三相三线制星形接法，C正确。三相四线制和三相三线制星形接法中的每个负载的电压为相电压220 V，D错。
4．在三相交变电流中( )
A．相电压和线电压一定相等
B．在星形接法中，相电压为380 V，线电压为220 V
C．在三角形接法中，线电压为380 V，相电压为220 V
D．额定电压为380 V的三角形接法连接的电动机，用相电压为220 V的星形接法连接的发电机供电，电动机仍可以正常工作
解析：选D 三相交流电，在星形接法中，线电压为380 V时，相电压为220 V，A、B错；在三角形接法中，线电压与相电压相等，C项错；三角形接法，相电压与线电压相等，而星形接法中线电压为380 V，电动机仍可正常工作。
5．有关三相交变电流，下列说法正确的是( )
A．线电压等于相电压的 3 倍
B．在三相四线制供电线路中，线电压是相电压的 2 倍
C．家用单相用电器可接入三相四线制电路中的任意两条导线之间
D．三只标有“220 V,100 W”的灯泡按Y形连接接入线电压为380 V的三相四线制电路时，中性线可省去
解析：选D 当电源是星形接法时，U线＝3U相，当电源是三角形连接时，U线＝U相。家用单相用电器的额定电压为220 V，只能接在三相四线制电路中的火线和零线上。当电源和负载均采用星形接法，而且三相负载相等时，每相电压均为220 V，电流相等，在这种情况下，中性线可省去。
6．对于照明线路的“火线”和“地线”，正确的理解是( )
