2024年高中物理第4章第1節(jié)三相交變電流講義含解析魯科版選修3-2

PAGEPAGE4三相交變電流1．三相溝通發(fā)電機(1)發(fā)電機組成、分類概念同時生產(chǎn)出3相獨立的交變電流的發(fā)電機組成電樞線圈和磁極分類旋轉(zhuǎn)磁極式輸出功率大旋轉(zhuǎn)電樞式輸出功率小(2)繞組特點：三個繞組具有相同的匝數(shù)、繞向，互成120°角。2．三相交變電流的產(chǎn)生及特點(1)三相交變電流的產(chǎn)生發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上裝有勵磁線圈，當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時，等效于定子線圈做切割磁感線運動，從而在三個線圈中產(chǎn)生交變電流。(2)三個線圈中產(chǎn)生的交變電流的特點三個繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值和周期相同，并且都按正弦規(guī)律做周期性改變，但達到峰值(或零值)的時間依次落后eq\f(T,3)。三相交變電流與正弦交變電流的區(qū)分和聯(lián)系。解析：相同點：(1)都是正弦式溝通電，最大值與有效值都滿意Em＝eq\r(2)E。(2)具有相同的周期。(3)具有相同的峰值和有效值。(4)相鄰兩相間有相同的相位差。不同點：三相交變電流中每相交變電流達到最大值(或零值)的時間不同，依次落后eq\f(1,3)個周期。3．電源與負載(1)連接方式：三相四線制星形接法。(2)線電壓和相電壓①線電壓：火線與火線之間的電壓，一般為380V；②相電壓：火線與中線之間的電壓，一般為220V；③兩者關(guān)系：在星形接法中U線＝eq\r(3)U相。在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線(零線)能斷開嗎？解析：在負載不對稱(如照明負載)的三相電路中，中線(零線)的作用就是確保每相電壓對稱相等。假如負載不對稱又沒有中線(如中線因事故斷開)，負載的相電壓就會出現(xiàn)某一相的電壓過高，超過負載的額定電壓，造成電器燒壞；有的相電壓過低，負載不能正常工作。因此，在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線不允許斷開，同時規(guī)定中線內(nèi)不準接入保險絲。1．三相溝通發(fā)電機的構(gòu)造特點三相溝通發(fā)電機內(nèi)裝有三個完全相同的線圈，三個線圈平面互成120°角放置在同一磁場中。小功率發(fā)電機可以采納旋轉(zhuǎn)電樞式，大功率發(fā)電機采納旋轉(zhuǎn)磁極式。2．三相交變電流的產(chǎn)生以旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機為例，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場勻速轉(zhuǎn)動時，等效于定子線圈做切割磁感線運動，由于定子的三個線圈相同，三個線圈平面在空間互成120°角，故能產(chǎn)生三相交變電流。3．瞬時值表達式三個繞組(AX、BY、CZ)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢可用函數(shù)分別表示為eA＝Emsinωt，eB＝Emsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt－\f(2π,3)))，eC＝Emsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt－\f(4π,3)))。4．e-t圖象三相交變電流的e-t圖象如圖所示。[典例1]已知三相交變電流iA＝Imsinωt。寫出另外兩個交變電流的瞬時值表達式。[思路探究]三相交變電流的相位有什么特點？提示：相位依次落后eq\f(T,3)。[解析]依據(jù)三相交變電流的產(chǎn)生特征，由于三個完全相同的線圈互成120°，電流到達最大值的時刻依次落后eq\f(T,3)，所以iB＝Imsineq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ω\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t－\f(T,3)))))＝Imsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt－\f(2π,3)))iC＝Imsineq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(ω\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(t－\f(2T,3)))))＝Imsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ωt－\f(4,3)π))[答案]見解析[總結(jié)提能]三相交變電流的特點1．比較三相溝通發(fā)電機的三個線圈發(fā)出的三相交變電壓，下列說法正確的是()A．最大值、周期及達到最大值的時刻均相同B．最大值、周期均相同，但達到最大值的時刻依次相隔1/6周期C．最大值、周期均相同，但達到最大值的時刻依次相隔1/3周期D．最大值、周期及達到最大值的時刻均不相同解析：選C由三相交變電流的特點可知，三個線圈產(chǎn)生的三相電壓最大值和周期相同，而達到最大值的時刻依次落后eq\f(T,3)，C正確。1．連接方式及特點負載特點三相負載對稱三相負載不對稱有無中線中線中無電流，可以去掉中線中有電流，必需保留中線連接方式三相三線制Y－Y接法三相四線制Y－Y接法線相關(guān)系U線＝eq\r(3)U相I線＝I相U線＝eq\r(3)U相I線＝I相2．相線、中線的區(qū)分通常用黃、綠、紅三色分別表示相序為A、B、C的相線，用黑色標記中線。3．線電壓、相電壓大小通常狀況下，相電壓為220V，線電壓為380V。[典例2]如圖所示，將三相對稱負載以星形(Y)方式接入對稱三相四線制電源，若將中性線斷開，則()A．三相負載仍能正常工作B．三相負載中的電流均為零C．有的負載端電壓過高，有的負載端電壓過低D．兩相負載正常工作，另一相負載不能正常工作[思路探究](1)明確負載的連接方式為星形連接。(2)明確負載對稱時中線中是否有電流。[解析]將三相對稱負載以星形(Y)方式接入對稱三相四線制電源，若將中性線斷開，每相的相電壓均為220V，有電流，而且在這種情形下，中性線無電流，可以省去，A正確。[答案]A[總結(jié)提能]推斷中性線是否須要的方法2．如圖所示為負載和發(fā)電機線圈間的連接，發(fā)電機繞組為________接法，負載為________接法。解析：由圖可知，發(fā)電機繞組及負載均為三相四線制星形接法。答案：星形星形1．下列有關(guān)三相溝通發(fā)電機及三相交變電流的說法正確的是()A．旋轉(zhuǎn)電樞式三相溝通發(fā)電機一般適用于較大輸出功率B．三個繞組的匝數(shù)和繞向不同，互成120°角C．若三個負載相同，則一般可用三相三線制星形接法D．三相四線制和三相三線制星形接法中的每個負載兩端的電壓均為380V解析：選C旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機一般適用較小功率輸出，A錯誤；三相溝通發(fā)電機的三個繞組的匝數(shù)和繞向相同，且互成120°角，B錯誤；負載相同采納三相三線制星形接法，三相四線制和三相三線制星形接法中每個負載的電壓為相電壓220V，C正確，D錯誤。2．關(guān)于三相溝通發(fā)電機，下列說法正確的是()A．三個單相溝通發(fā)電機就組成一個三相溝通發(fā)電機B．三相溝通發(fā)電機中，三個互成120°角的線圈，它們到達零值和峰值的時間依次落后eq\f(2,3)個周期C．三相溝通發(fā)電機中的三個線圈是完全相同的，它產(chǎn)生三個瞬時值完全相同的交變電動勢D．三相溝通發(fā)電機中的三個線圈是完全相同的，它產(chǎn)生出峰值和周期都相同的交變電動勢解析：選D三相溝通發(fā)電機內(nèi)的三個線圈完全相同，互成120°角放置，磁極為同一磁極，當(dāng)磁極勻速轉(zhuǎn)動時，穿過三個線圈的磁通量按相同規(guī)律改變，只是依次落后eq\f(T,3)，因而三個線圈中產(chǎn)生的交變電流按相同規(guī)律改變，有相同的最大值和相同的周期，只是相位依次相差eq\f(2,3)π，造成瞬時值不同，B、C錯誤，D正確；三個單相溝通發(fā)電機不能保證完全相同的峰值和周期，更難以達到恒定的相位差，A錯誤。3．某機關(guān)有九間辦公室，每間辦公室裝有“220V60W”的電燈一只?，F(xiàn)采納三相四線制系統(tǒng)，每相接三只電燈，欲使電燈正常發(fā)光，三相電源的線電壓應(yīng)為________V。全部電燈都亮?xí)r，各相的線電流為________