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三相电路教学与实验相结合

[日期:2012-10-27] 来源:  作者: [字体: ]

    1问题提出

    三相电路是电路分析课程中引导学生学习交流应用电路的关键章节。目前,三相电路是电力系统主要的供电方式。学生在上过三相电路理论课之后做实验仍然存在不少盲从现象。如实验"三相交流电路电流电压的测量",电路如图1所示。要求学生先连好电路,再根据三相电路理论知,测量各相、线的电压电流。其中,电路各线均可开、短路,最后根据测量结果对电路特性做一总结。

 

    在这里,问题就出来了,学生对测量结果的验证,理论的归纳总结,成绩一般和较差的学生就不清楚了。原因两点:(1)理论知识掌握不牢靠,不能灵活运用;(2)实验中含有保险丝、多个开关等,使学生忙于连接测量,短时间内难于理论验证实验,归纳时也多次反映搞不清楚负载、电压、电流之间的关系。

    2教学与实验相结合

    为解决以上问题,理论课举例子时,刻意加进三相电路在生活用电中的应用,一则贴近生活便于理解归纳,二则体现了三相教学的目的在于应用于生产生活,三则便于学生预习准备实验。取得了较好的教学、实验效果。采用提出问题、分析问题、归纳总结的形式,调动学生的积极性,师生互动的来研究三相电路的生活用电常识。

    首先提问:一、二、三楼的楼道照明系统连有多个灯泡,采用三相四线制,如何接小灯泡?很多同学立即就回答正确,应该每层多个灯泡并联,每层占一相,即接在火线和零线之间,以保证工作电压220V。以上面讨论为基础,引出下面例子及电路图。

    例:负载和电源均为星形联结的三相电路如图2。设电源线电压为 。负载为电灯组,其中一楼为A相负载,二楼为B相负载,三楼为C相负载。

    问题1:若三层楼的电灯电阻相同时,讨论线电流及中性线电流;

    问题2:若三层楼的电灯电阻不同,比如一楼电阻最小,二楼其次,三楼电阻最大

    (1)中性线未断时讨论各线电流、中性线电流及中性线断开时讨论负载的相电压及相电流(2)A相短路:中性线未断及断开时,求各相负载电压。(3)A相断路:中性线未断及断开时,求各相负载电压。

    分析问题1,若三层楼道的打开灯泡数目相同,研究各楼层灯泡的工作情况及零线电流。学生回答说是对称负载星形连接,线电压380V,则相电压220V,由于中性线的存在,各负载的电压均为220V,各相电流大小相同依次滞后 ,故中性线电流为零,则火线是否断开不影响各负载正常工作。

    分析问题2(1),若不同楼道里打开的灯泡数目不同,分析零线的作用,如何接接保险丝?分析家庭用电使用大功率用电器会造成跳闸的原因。学生讨论后认为,有火线时保证了各负载的工作电压均为220V,各楼层灯泡正常工作,相电流和电阻成反比,使各相电流不再对称,中性线上有电流流过。

    下面分析三相负载不对称且中性线断开,原电路等效为如图3所示电路。

    若要得出各楼层的工作电压电流,必须算出N'N的电压,必须通过计算才能分析清楚。故设UA =220∠0oV ,一、二、三楼的电阻分别设为5Ω、10Ω、20Ω,则结点电压:

    从而各负载相电压和相电流:

    根据以上计算,由学生讨论,可得出小结:

    a)不对称三相负载星形联结且无中性线时, 各相电压和阻值成正比,造成电阻大的电压过大被烧坏,电阻小的达不到工作电压而亮度较弱。

    b)照明负载三相不对称,必须采用三相四线制,且中性线上不允许接刀闸和熔断器。一旦由于某种原因零线断开,就会出现小结a的情况,故必须保证零线的连接。而且保险丝要串连在各火线上,以保证只熔断本相而不影响其它相的工作。

    c)若用电器功率大,在工作电压相同情况下,阻值和功率成反比,相电流和电阻成反比,那么功率越大则相电流越大,造成该火线的总电流过大而使该火线上的闸刀跳闸。

    分析问题2(2),若某层被短路,分析有无零线时各楼层灯泡工作情况,学生讨论如下:

    (2)A相短路

    a)中性线未断如图2:A相短路电流很大,将A相熔断丝熔断,B相和C相未受影响,其相电压仍为220V,正常工作。

    b)中性线断开如图3:负载中性点N'和A点电位相同,A相电压为0,B、C相电压等于线电压为380V,超过额定电压220V,会被烧坏。

    (3)A相断路

    a)中性线未断如图2,B、C相灯仍承受220V电压,正常工作。

    b)中性线断开如图3,B、C相负载串联在B、C火线间,相电流相同,相电压和阻值成正比,使各相不能正常工作。

    3总结及效果

    在三相电路教学中,使用上面的例子作为理论及教学和实验的衔接,教师采用从浅到深、逐步分层次的提出问题,学生分组讨论,再师生一起计算小结,引出更多问题,进一步讨论计算小结,鼓励学生课下去看看宿舍用电箱器件及连线。不仅加深了三相电路的理论知识,而且学会了家庭用电常识,初步掌握安全用电的知识。并且该例子接近实验,便于学生带着理论去连接实验电路,边思考边完成实验。由于讨论的是生活用电,大大提高了学生的学习兴趣,课堂气氛活跃,学生积极讨论发言,对三相电路的学习印象很深刻,教学效果明显,突出表现在实验完成得较好以及期末考试得分率的提高。


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