高中物理第4章远距离输电第1节 三相交变电流课件鲁科版选修3-2(共56张PPT)

(共56张PPT)
第4章　远距离输电
第1节　三相交变电流
一、三相交流发电机
1.三相交流电:
为了提高发电效率,通常在一个发电机中安装三组独立
的互成______角的线圈。一台发电机将同时生产出
_________的交变电流,称为三相交变电流,俗称三相交
流电。
120°
三相独立
2.三相交流发电机:
三相独立
电枢线圈
定义
同时产生_________的交变电流的发电机
组成
_________和磁极
分类
旋转磁极式
旋转电枢式
特点
输出功率大
输出功率小
二、三相交变电流的产生
1.旋转磁极式发电机:
2.三相交流电的产生原理:
(1)旋转磁极式发电机的三个线圈按如图所示的方式排
列,当此转子在磁场中转动时,三个线圈都会产生_____
_______,且感应电动势的最大值、周期和频率都___
___。
感应
电动势
相
同
(2)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_________个
周期。
三分之一
3.图象:
三、电源与负载的连接方式
1.三相四线制:将发电机绕组的3个末端接在一起,引出
一个公共接头,从3个绕组的始端引出3根导线叫作相线,
又叫端线(照明电路中常称为_____),从公共接头引出
的导线叫作中性线,简称_____(或零线)。这种连接方
式叫作三相四线制。
火线
中线
2.三相三线制:如果三相负载完全对称,则通过中线的
电流为___,此时取消中线也不影响三相电路的工作,三
相四线制就变成了三相三线制。
3.相电压和线电压:
(1)相电压:火线与中线之间的电压,一般为____
V。
(2)线电压:火线与火线之间的电压,一般为____
V。
(3)线电压与相电压之间的关系:U线=_____。
零
220
380
4.负载与电源的连接方式:
(1)三相四线制星形接法(如图所示)。
(2)三相三线制星形接法(如图所示)。
【思考辨析】
(1)照明电路中的火线与零线间的电压为220
V。
(　　)
(2)照明电路中的电流总是由火线流入,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。
(　　)
(4)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。
(　　)
(5)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。
(　　)
提示:(1)√。照明电路中火线与零线间的电压为
220
V。
(2)×。照明电路中电流大小和方向都是周期性变化的,时而由火线流入、零线流出,时而由火线流出、零线流入。开关接在火线上,断开开关使用电器脱离火线,避免检修时接触火线触电。
(3)×。火线和零线间的电势时而火线高,时而零线高。
(4)√。三相交流发电机中的三个线圈独立工作。
(5)√。三个绕组互成120°角,故达到最大值的时刻不同。
一　三相交变电流的产生及特点
【典例】(2019·泉州高二检测)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】选D。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错误,D正确;三个线圈发出交流电的有效值任何时刻都相同,B错误;由三相交变电动势的图象(如图)可知:选项C错误。
【核心归纳】
1.三相交流发电机:
(1)定义:能同时生产出三相独立的交变电流的发电机。
(2)主要组成:电枢线圈和磁极。
(3)分类:
①旋转磁极式——适用于较大输出功率。
②旋转电枢式——适用于较小输出功率。
2.三相交变电流的产生和图象：
(1)产生:3组完全相同的线圈互成120°角固定在同一转轴,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)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=Emsinωt,
eB=Emsin(ωt-
),eC=Emsin(ωt-
)。
(3)e
-t图象:三相交变电流的e
-t图象如图所示。
3.三相电流的异同:
(1)相同量。
①同为正弦式交变电流,最大值与有效值都满足关
系:E=
。
②具有相同的周期(频率)、峰值(最大值)和有效值。
③相邻两相间有相同的相位差。
(2)不同量:相位及达到最大值(或零值)的时刻。
【过关训练】
1.(多选)下列关于三相交流发电机的说法正确的是
(　　)
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A、B、D。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,C错误,D正确。
2.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】选B。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
,B对,A、C、D错。
【补偿训练】
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,下列说法错误的是
(　　)
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
π。故B、C、D正确,A错误。
二　电源与负载的连接方式
考查角度1
三相三线制星形接法
【典例1】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
(　　)
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。负载使用的星形接法,相电压与线电压
的关系是U线=
U相,因为相电压为220
V,所以线电压
为380
V,P、Q间的电压为线电压;由于三相负载对称,
所以中性线上的电流为0。
【核心归纳】
对三相三线制星形接法的理解:
(1)负载特点:这种接法一般用在负载对称的场合,如
三相电动机。
(2)中线情况:中线中无电流,可以去掉。
(3)线相关系:U线=
U相。
考查角度2
三相四线制星形接法
【典例2】如图所示,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,RA=RB=10
Ω,RC=20
Ω,问:
(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?
【解题探究】
(1)中性线完好时,负载两端的电压是什么电压?
提示:负载两端的电压是相电压。
(2)星形连接中,相电压与线电压的关系怎样?
提示:U线=
U相。
(3)A′B′,A′C′间的电压属于什么电压?
提示:属于线电压。
【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IB=
=
A=
38
A,IC=
=
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19
A
【核心归纳】
对三相四线制星形接法的理解:
(1)负载特点:这种接法一般用在负载不对称的场合,
如生活照明电路。
(2)中线情况:中线中有电流,必须保留中线。
(3)线相关系:U线=
U相
【过关训练】
1.【拓展延伸】【典例2】中若中性线OO′断路,RA也断路,RB、RC两端电压和其中电流又是多大?
【解析】若中性线OO′断路,RA也断路,B、C两电阻串
联,两端电压为线电压380
V,根据欧姆定律先计算电
流:IB=IC=
=
A=12.67
A,则两只电阻两端
的电压分别为UB=IBRB=12.67×10
V=126.7V,UC=ICRC=
12.67×20
V=253.4
V。
答案:RB两端的电压为126.7
V,电流为12.67
A,RC两端的电压为253.4
V,电流为12.67
A
。
2.(多选)三相交流发电机的三个线圈中A相的电压为U=311sin
(100πt)
V,那么
(　　)
A.三个线圈产生的交变电流的频率都为50
Hz
B.在t=0时,其他两个线圈的输出电压也为零
C.若按星形接法,任意两端线间电压的最大值为380
V
D.若按三角形接法,任意两端线间的电压为220
V
【解析】选A、D。三相交流发电机每个线圈的频率、
电压有效值(或最大值)均相同,但由于在步调上不一致,所以某一时刻电压的瞬时值不同。当三个线圈按星形
接法时,线电压U线=
U相=
×
V≈380
V,其最大
值U线m=
U线≈539
V;当三个线圈按三角形接法时,U线
=U相=
V=220
V。
【补偿训练】(多选)如图为三相四线制供电线路,L1、L2和L3是完全相同的三盏灯,都正常发光,那么
(　　)
A.若OO′断路,则三灯熄灭
B.若OO′断路,三灯仍正常发光
C.若OO′和AA′同时断路,则L2、L3将变暗
D.若OO′断路、灯L1短路,则L2、L3将烧坏
【解析】选B、C、D。由于三相负载相同,因此即使OO′断路,三灯也能正常发光,故选项A错误,选项B正确;对于选项C,加在L2、L3上的电压均为190
V,因此灯将变暗,故选项C正确;对于选项D,加在L2、L3上的电压均为380
V,因此灯将烧坏,故选项D正确。
【拓展例题】考查内容:三相交变电流负载的连接方式
【典例】如图所示,A、B、C为三相交变电流,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)
(　　)
A.1∶2　　　　　　　　
B.2∶1
C.1∶3
D.3∶1
【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两端电压UL=U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′两端电压UL′=
U线
=
V。
设每盏灯的电阻为R,则L的实际功率PL=
=
,L′的实际功率PL′=
=
,故
PL∶PL′=3∶1。故D对。