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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与类型．
2．了解三相交变电流的产生过程及其变化规律．
3．了解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
变电流三相交变
电流的产生发电机构造发电原理变化规律电源与负载
的连接方式星形接法三角形接法
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)绕组特点
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4－1－1
(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4－1－1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4－1－2
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＝U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＝E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eA＝Em sin ωt，eB＝Em sin(ωt－)，eC＝Em sin(ωt－)．
4．图象描述
图4－1－3
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＝U相
I线＝I相
U线＝U相
I线＝I相
U线＝U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．
【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4－1－4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
图4－1－4
【解析】　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，所以中性线上电流为0.
【答案】　D
区分星形接法与三角形接法
区分星形接法还是三角形接法的关键是看每相负载两端分别与什么线连接，若三相负载连接于一点，负载的另一端分别与三根相线相连，则属于星形连接，若三相负载每相两端都分别连接两根相线，则属于三角形接法．
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＝Emsinωt，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
答案　ABD
解析　由三相交流发电机的原理和分类可知选项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，每一相交变电流均可单独使用，选项C错误，D正确．
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＝220V，U线＝380V.
(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(　　)
图7
A．若OO′断路，则三灯熄灭
B．若OO′断路，则三灯仍正常发光
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
答案　BCD
解析　由于三相负载相同，因此即使OO′断路，三灯也能正常发光，A错，B对；对于选项C，加在L2、L3上的电压均为190 V，因此灯将变暗，C对；对于选项D，加在L2、L3上的电压均为380 V，因此灯将烧坏，D对．
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．如图8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8
A．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
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380V，线电压为220V
C．在三相电源为三角形接法中，线电压为380V，相电压为220V
D．额定电压为380V的按三角形接法连接的电动机，用相电压为220V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“220V,100W”的灯泡按星形连接接入线电压为380V的三相四线制电路时，中性线可省去
答案　D
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第1节　三相交变电流三 相 交 变 电 流三相独立 电枢线圈 电枢式 绕向 感应电动势 三分之一 相同 星形接法 星形接法 火线 中线 √ √ ×

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