20162017学年高中物理第4章远距离输电第1节三相交变电流教师用书鲁科版选修32

第1节三相交变电流

学习目标知识脉络

1.了解三相交流发电机的构造.

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．(重

点、难点)

4.了解三相交变电流在生产、生活中

的广泛应用

三相交变电流

[先填空]

1．三相交流发电机

(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

分类旋转磁极式旋转电枢式输出功率大输出功率小

(2)

三个绕组具有相同的匝数、绕向，互成120°角．

2．三相交变电流的产生

(1)旋转磁极式发电机

图4­1­1

(2)三相交流电的产生原理

旋转磁极式发电机的三个线圈按如图4­1­1所示的方式排列，当此转子在磁场中转动时，三个线圈都会产生感应电动势，且感应电动势的最大值、周期和频率都相同．由于三个

线圈平面在空间互成120°角，所以它们到达峰值(或零值)的时刻不同，将依次落后三分之一个周期．

(3)图象

图4­1­2

3．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．

[再判断]

1．三相交流发电机的三个线圈的每一个线圈都可以单独向外供电．(√)

2．三相交流发电机的三个线圈产生的电动势不同时达到最大值．(√)

3．三相交流发电机线圈采用星形接法时，负载也必须采用星形连接．(×)

[后思考]

你知道你们家乡的照明电压是多少吗？它是什么电压？

【提示】生活中的照明电压是220 V，它是相电压．

[合作探讨]

在日常生活中，我们能看到电视机、洗衣机等用电器的电源插头有三只引脚，而录音机、影碟机等用电器的电源插头只有两只引脚．

探讨1：这些用电器用的是三相交变电流还是单相交变电流？

【提示】三相电广泛用于工业生产，居民用电在多数情况下都是单相的．与此相应，三相插头和插座多用于工业，而单相插头和插座则多用于一般家庭、学校和事业单位．但为安全起见，一般家用或办公用电器的外壳上都接地线，以保证万一发生漏电时，不会导致接触电器的人体遭受电击．这样的电器，其电源插头都做成三只引脚，如电冰箱、洗衣机、电熨斗等．其中一个较粗或较长的引脚是专门用于接地的，而另外两只脚则用于和单相电源的火线与零线接通．因此，与之配套的插座也一律是三孔的．

探讨2：三相的“相”是什么意思？

【提示】 相，就是电源组；三相，就是3个电源组． 探讨3：三相交流发电机和单相发电机有何相同点和不同点？

【提示】 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，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．

[核心点击]

1．三相交变电流的产生

三相交流发电机内装有三个完全相同的线圈，三个线圈平面互成120°角放置在同一磁场中．以旋转磁极式发电机为例，当转子磁场匀速转动时，等效于定子线圈做切割磁感线运动，由于定子的三个线圈相同，三个线圈平面在空间互成120°角．故能产生三相交变电流．

2．三相电流的异同 (1)相同点：

①同为正弦式交流电，E 最大＝2E 有效． ②具有相同的周期． ③具有相同的峰值和有效值． ④相邻两相间有相同的相位差．

(2)不同点：它们达到最大值(或零值)的时刻不同，依次落后1

3个周期．

3．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e A ＝E m sin ωt ，e B ＝

E m sin(ωt －

2π3)，e C ＝E m sin(ωt －4π3

)． 4．图象描述

图4­1­3

5．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 三相三线制星形

接法

三相三线制三角形接法

三相四线制星形接法

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

1．下列关于三相交变电流的产生原理的说法中正确的是( )

A．发电机中3个绕组具有相同的匝数和绕向，互成60°

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，某时刻每个绕组产生的感应电动势的瞬时值相同

D．在转动过程中，每个绕组独立产生的感应电动势的瞬时值、最大值、周期都不相同【解析】三个绕组匝数相同，绕向相同，互成120°，所以每个绕组产生的电动势最大值相同，周期频率相同，但瞬时值不同，到达最大值的时间依次落后T/3，B对，A、C、D 错．

【答案】 B

2．下列关于三相交流发电机的说法中，正确的是( )

A．三个线圈都不可以单独向外供电

B．三个线圈发出交流电的有效值的时间依次相差T/3

C．三个线圈发出交流电的瞬时值的时间依次相差T/3

D．三个线圈发出交流电的最大值的时间依次相差T/3

【解析】产生三相交变电流的三个线圈是相互独立的，每一个都相当于一个独立的电源可以单独供电，只是它们到达最大值的时间依次相差三分之一周期，故A错，D正确；三个线圈发出交流电的有效值任何时刻都相同，B错；由三相交变电动势的图象(如图)可知：选项C错误．

【答案】 D

3.在三相交流电源上按星形接法连接相同的负载1、2、3，如图4­1­4所示，NN′是中性线．已知负载1上的电压为220 V，电流为15 A．现以I表示中性线上的电流，U表示P、Q两点间的电压，则( )