2020版高中物理 第4章 远距离输电 1 三相交变电流课件 鲁科版选修3-2

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: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三相独立电枢线圈二、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=_____。零2203803U相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220V。()(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220V,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220V。(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,正确的是世纪金榜导学号()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/3C.三个线圈发出交流电的瞬时值的时间依次相差T/3D.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。2343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。mE2【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。T3【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。23二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220V,电流为15A。现以I表示中性线上的电流,U表示P、Q两点间的电压,则世纪金榜导学号()A.I=15A,U=440VB.I=45A,U=380VC.I=0,U=440VD.I=0,U=380V【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220V,所以线电压为380V,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。3【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。3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220V。三相负载都是纯电阻,RA=RB=10Ω,RC=20Ω,问:世纪金榜导学号(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。3【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380V,电流分别为IB==A=38A,IC==A=19A。答案:(1)不能省(2)电压均为380VRB中的电流为38ARC中的电流为19ABUR线38010CUR线38020【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3【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380V,根据欧姆定律先计算电流:IB=IC==A=12.67A,则两只电阻两端的电压分别为UB=IBRB=12.67×10V=126.7V,UC=ICRC=12.67×20V=253.4V。BCURR线3801020答案:RB两端的电压为126.7V,电流为12.67A,RC两端的电压为253.4V,电流为12.67A。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50HzB.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380VD.若按三角形接法,任意两端线间的电压为220V【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≈380V,其最大值U线m=U线≈539V;当三个线圈按三角形接法时,U线=U相=V=220V。33311223112【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190V,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380V,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220V,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∶2B.2∶1C.1∶3D.3∶1【解析】选D。由题意知电源线电压U线=220V,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=220V。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。13132203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。2LUR2220VR2LUR2220(V)3R