4.1三相交变电流 学案 (2)

第1讲　三相交变电流
[目标定位]　1.了解三相交流发电机的构造，了解三相交变电流的产生及特点.2.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.3.了解三相交变电流在生产、生活中的广泛应用．
1．三相交流发电机
三相交流发电机的主要组成部分是电枢线圈和磁极．
三相交流发电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两类．
2．三相交变电流的产生
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，即三个线圈在磁场里切割磁感线运动，就产生三相交变电流．
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，依次落后周期，三个线圈中产生的感应电动势都按正弦规律做周期性变化．
3．电源与负载的连接方式
(1)在三相四线制中，如果三相负载完全相同，则通过中线的电流为零，此时可以取消中线，三相四线制就变成了三相三线制．
(2)在低压三相电源的星形接法中，负载的线电压是380_V，相电压是220_V，线电压与相电压之间的关系是U线＝U相.
一、三相交变电流的产生及特点
1．三相交流发电机的构造特点
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．小功率发电机可以采用旋转电枢式，大功率发电机可采用旋转磁极式．
2．三相交变电流的产生
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．
3．三相电流的异同
(1)相同量
①最大值、有效值；②周期．
(2)不同量：相位及达到最大值(或零值)的时刻．
4．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，eC＝Emsin.
5．e－t图象
三相交变电流的e－t图象如图1所示．
图1
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运过程中达到最大值的时间依次落后T
答案　BD
解析　
选项
透析
正误
A
发电机三个绕组具有相同匝数和绕向，且互成120°角
×
B
三个绕组匝数相同，面积相同，角速度相同，电动势最大值及周期相同
√
C
三个绕组互成120°角，达到最大值的时刻不同而瞬时值不同
×
D
三个绕组互成120°角，依次达到最大值的时间相差T
√
二、电源与负载的连接方式
发电机和三相负载都有两种连接方式：星形连接和三角形连接．
1．发电机的连接
(1)星形连接是从三个线圈始端A、B、C各引出一根导线叫相线(照明电路中叫火线)，三个线圈末端X、Y、Z连接在一起，引出一根导线叫做中性线(照明电路叫零线)．每个线圈两端的电压叫相电压，两根相线之间的电压叫线电压，U线＝U相，如图2所示．
我国照明电路中U相＝220
V，U线＝380
V.
(2)三角形接法是把三个线圈的始端和末端依次接连，如图3所示的三角形接法中U相＝U线．
　　　　　图2　　　　　　　　图3
2．三相交流电中三相负载的连接方式
(1)如图4所示的连接方式叫做三相负载的星形连接．
(2)如图5所示的连接方式叫做三相负载的三角形连接．
　　　　图4　　　　　　　　　图5
例2　如图6所示电路，下列判断正确的是(　　)
图6
A．(甲)图是星形接法
B．(乙)图是星形接法
C．(丙)图是三角形接法
D．(丁)图是三角形接法
答案　BD
解析　由题图可判断(甲)、(丁)是三角形接法，(乙)、(丙)是星形接法．判断三相交变电流中电源或负载的连接方式，四线制一定是星形接法；三线制负载一定要相同，可能是星形接法，也可能是三角形接法；星形接法一定有一公共端，三角形接法一定是首尾相接．
针对训练　如图7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7
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
答案　D
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＝U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＝UPN′＝380
V，由于三相负载相同，所以中性线上电流为0，故选项D正确．
三相交变电流的产生及特点
1．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
C．最大值，周期均相同，达到最大值时刻相差
D．最大值，周期及达到最大值的时刻均不相同
答案　C
2．三个完全相同的负载R分别接在相同三相发电机的输电线上．设图8甲、乙、丙中负载R两端的电压分别为U甲、U乙、U丙，则(　　)
图8
A．U甲＝U乙＝U丙
B．U甲＜U乙＝U丙
C．U甲＝U丙＞U乙
D．U甲＝U丙＜U乙
答案　B
电源与负载的连接方式
3．在三相交变电路中，下列说法正确的是(　　)
A．相电压和线电压一定相等
B．在三相电源为星形接法中，相电压为380
V，线电压为220
V
C．在三相电源为三角形接法中，线电压为380
V，相电压为220
V
D．额定电压为380
V的按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
答案　D
4．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”的灯泡按星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
答案　D
(时间：60分钟)
题组一　三相交流电的产生及特点
1．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
答案　A
解析　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π，故B、C、D正确，A错误．
2．关于三相交变电流，下列说法不正确的是(　　)
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的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达到最大值
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
答案　D
解析　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，三相交变电动势的最大值依次相差个周期，选项A、B、C正确；在三相三线制中，三相交流发电机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．
题组二　电源与负载的连接方式
3．关于三相交变电压，下列说法正确的是(　　)
A．相电压一定大于线电压
B．相电压一定小于线电压
C．三相交变电压不再满足峰值Em＝E有效的关系
D．以上说法都不对
答案　D
解析　在电源的星形接法中，相电压小于线电压，而三角形接法中相电压等于线电压，故A、B错误；三相交变电流的峰值与有效值仍满足Em＝E有效，C错误．
4．电源插座有两孔插座和三孔插座，空调机、冰箱、微波炉等家用电器用三孔插座，录音机、电视机等电器用两孔插座，则以下说法正确的是(　　)
A．两孔插座的电压是线电压
B．三孔插座上任意两个插孔间的供电电压均为380
V
C．不管是两孔插座还是三孔插座，供电电压均为220
V
D．以上都不对
答案　C
解析　两种插座的供电电压都是相电压，且U相＝220
V，三孔插座只不过有一个地线插孔，目的是为了保护人的安全．
5．如果某三相电源的相电压是110
V，对称的三相负载每相的额定电压是190
V，则电源与负载的连接方式分别是(　　)
A．△—Y
B．Y—Y
C．△—△
D．Y—△
答案　D
解析　电源的相电压U相＝110
V，若为星形接法，则线电压U线＝U相＝×110
V≈190
V．又负载的额定电压U额＝190
V，即U额＝U线，故三相负载应为三角形接法，D正确．
6．图1中，A、B、C是三相交流电源的3根相线，O是中性线．电源的相电压为220
V．L1、L2、L3是3个“220
V，60
W”的灯泡．开关S1断开，S2、S3闭合．由于某种原因，电源中性线在图中O′处断开，那么L2和L3两灯泡将(　　)
图1
A．立刻熄灭
B．变得比原来亮一些
C．变得比原来暗一些
D．保持亮度不变
答案　C
解析　由题图可知，当S1断开且中性线在O′处断开后，L2、L3两灯串联在两根相线间，总电压为380
V，则两灯电压均小于220
V，因此均变暗，正确选项为C.
7．如图2所示，相线A、B、C和中性线N接在三相交流电源上，A相的线电压u＝380sin
(100πt)
V，则(　　)
图2
A．相线的电势总是高于中性线的电势
B．电流表的示数为sin
(100πt)
A
C．B、N两端电压有效值为380
V
D．通过R的电流方向每秒钟改变100次
答案　D
解析　在三相交流电路中，相线与中性线间的电势差按正弦规律变化，所以，相线电势并非总是高于中性线，A错误；电流表示数代表的是有效值而不是瞬时值，B错误；B、N两端的电压即为相电压，由线电压的最大值为380
V，有效值为380
V，可知相电压应为220
V，C错误；因为交流电频率f＝＝
Hz＝50
Hz，可见电流方向每秒改变100次，D正确．
8．电视机、空调机、冰箱、微波炉、电饼铛、电压力锅等家用电器已进入寻常百姓家，有时候人们会同时使用几种电器，关于家用电器的供电电压和连接方式，下面说法正确的是(　　)
A．家用电器的工作电压是380
V
B．家用电器的工作电压是220
V
C．如果同时使用三种家用电器，它们的连接方式是三角形接法
D．如果同时使用三种家用电器，它们的连接方式应采用星形接法
答案　B
解析　家用电器的额定电压是220
V，在使用时这些用电器是并联的，并不是采用三角形接法或星形接法，所以只有B项正确．
9．三相发电机的线圈采用星形接法，每个线圈产生的电动势的最大值为220
V，用它给三个完全相同的电炉供电，电炉的使用说明书上标有“220
V,2
000
W”字样，现在把三个电炉同时接到电源上，要求电炉工作时，不能被烧坏，不计线圈的内阻，则以下说法正确的是(　　)
A．三个电炉应采用三角形接法
B．三个电炉采用三角形接法和星形接法时都能正常工作
C．三个电炉应采用星形接法，有中性线时每个电炉消耗的电功率为P1，中性线断路后每个电炉消耗的电功率为P2，则P1＞P2
D．以上说法都不对
答案　C
解析　由题意知，电源可以输出两种电压，U相＝220
V，U线＝380
V．如果电炉采用三角形接法，则每个电炉两端的电压等于380
V，大于电炉的额定电压，电炉被烧坏，而采用星形连接时，把电炉接在相线与中性线之间，电炉正常工作，A、B错误；有中性线时，每个电炉的电压为220
V，没有中性线时，每个电炉的电压为190
V，选项C正确．
题组三　三相交流电的应用
10．功率为10
W的发光二极管(LED灯)的亮度与功率为60
W的白炽灯相当．根据国家节能战略，2016年前普通白炽灯应被淘汰．假设每户家庭有2只60
W的白炽灯，均用10
W的LED灯替代．估算出全国一年节省的电能最接近(　　)
A．8×108
kW·h
B．8×1010
kW·h
C．8×1011
kW·h
D．8×1013
kW·h
答案　B
解析　因每只白炽灯和发光二极管的功率分别为60
W和10
W，按4亿户家庭，每户家庭每天亮灯6小时计算，全国一年节省的电能最接近4×108×2×(60－10)×10－3
kW×365×6
h＝8.76×1010
kW·h，则选项B正确，A、C、D错误．
11．在线电压为380
V的三相交流电路中，如图3所示，接有三只电阻均为484
Ω的电灯．问：
图3
(1)这三只电灯属何种接法？每只灯的电压、电流、功率各是多少？
(2)若L1灯的保险丝熔断，则其余两灯的电压、电流、功率又各是多少？
答案　(1)星形接法　每个灯的电压、电流、功率都是220
V、0.45
A、100
W　(2)均为190
V、0.39
A、74.6
W
解析　(1)属于星形接法，每只灯上的电压为相电压，即U＝220
V，根据欧姆定律和功率公式得：
I＝＝
A≈0.45
A，P＝＝
W＝100
W.
(2)若L1灯保险丝熔断，即断开了一相，此时属于线电压加在BC两端，每只灯上的电压为U2＝190
V，电流、功率分别是
I2＝＝
A≈0.39
A，
P2＝＝
W≈74.6
W．