高中物理 第4章 远距离输电 第1节 三相交变电流教学案 鲁科版选修3-2

第1节 三相交变电流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U相。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)的时刻不同，依次落后个周期。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U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：相，就是电源组；三相，就是3个电源组。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：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。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。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。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：eAEmsin t，eBEmsin，eCEmsin。3et图像三相交变电流的et图像如图411所示。图4111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T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YY接法三相三线制Y接法三相四线制YY接法线相关系U线U相I线I相U线U相I线I相U线U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412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 412A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413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413AI15 A，U440 VBI45 A，U380 VCI0，U440 VDI0，U380 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U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UPQUPN380 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。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 VC在三角形接法中，线电压为380 V，相电压为220 VD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 倍B在三相四线制供电线路中，线电压是相电压的 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U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()A进入每个家庭的两根线，火线即是某一相的端线，地线即是星形接法的零线B电路中的电流总是由火线流入，地线流出，因而开关要接在火线上C正常情况下地线电势总是低于火线的电势D火线与地线间的电势差为220 V，且电势总是高于大地的电势解析：选A进入家庭的两根线一根是火线，一根是零线(常说是地线)，A对；交流电的电流方向周期性变化，火线与地线的电势高低也在不断地交替，C、D错；开关通常接在火线上，是因为断开开关后人接触电线时，能够防止人触电，B错。7.三只标有“220 V100 W”字样完全相同的灯泡按如图1所示电路连接时恰能正常发光，如果把灯L1换成“220 V40 W”的灯泡，则以下判断正确的是()图1AL1变亮，L2、L3变暗BL1变暗，L2、L3变亮CL1变暗，L2、L3亮度不变DL1、L2和L3都变暗解析：选C灯泡L1换成“220 V40 W”的灯泡，相电压没有变化，功率变小，所以亮度会变暗，而另两只灯泡的电压没有发生变化，故亮度不变，选项C正确。8如图2所示，A、B、C为三相交流电源，每个灯泡的额定电压均为220 V，额定功率相同，则L与L两灯的实际功率之比为(设灯泡电阻恒定)()图2A12B21C13D31解析：选D由题意知电源线电压U线220 V，对负载采用三角形接法来说，每相负载两端的电压都等于电源的线电压，因此L灯两端电压ULU线220 V。对负载采用星形接法来说，由于三相负载相同，每相负载的电压为线电压的，因此L灯两端电压ULU线 V。设每盏灯的电阻为R，则L灯的实际功率PL，L灯的实际功率PL，故PLPL31。9将实验室里的手摇三相交流发电机三个线圈接上两个交流电压表，如图3所示，关于两个电压表的示数说法正确的是()图3A甲表的示数等于乙表的示数B甲表的示数小于乙表的示数C甲表的示数大于乙表的示数D无法判断两表的示数大小解析：选B甲表测量的是相电压，乙表测量的是线电压，线电压是相电压的 倍，即U乙 U甲，B对。10(多选)如图4所示，发电机每个绕组两端的电压(相电压)为220 V，三个负载电阻均为100 ，下列说法中正确的是()图4A发电机绕组采用“Y”接法，负载采用“”接法B每个负载电阻两端的电压为220 VC每个负载电阻两端的电压为380 VD通过每个负载的电流为3.8 A解析：选ACD对发电机而言，由于采用星形接法，所以如果相电压为220 V，那么线电压就是380 V，所以每个负载两端的电压为380 V，通过每个负载的电流为3.8 A。11.如图5所示，a、b、c、d是星形连接的三相交流电源在照明电路中的输电线，用电压表测得ab间电压为220 V，bc间电压为380 V，那么4根导线中哪根是零线？图中1、2是两盏额定电压都是220 V的白炽灯泡，请分别把它们正确地接入三相输电线路中。图5解析：根据三相交流电源知识，ab间电压为220 V，说明a、b中有一根是火线，有一根是零线，bc间电压为380 V，说明b、c都是火线，所以a是零