三相电路教学与实验相结合的改进

摘要：三相电路是电路分析课程中关于交流电路应用于生产生活的一章,学生在做实验时往往忙于应付而混淆理论知识。为了实现理论与实验较好的结合，在教学中引入贴近生活的例子，采用互动的学习方式，达到较好的教学及实验效果。
　　关键词：三相电路；交流；负载；火线；零线
　　
　　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。WWW.lw881.com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。

　　参考文献：
　　[1] 胡翔俊.电路分析[m].北京：高等教育出版社，2001（第2版）.
　　[2] 邱关源.电路[m].北京：高等教育出版社，2006（第5版）.
　　[3] 秦曾煌.电工学（上册）[m].北京:：高等教育出版社，1999（第5版）.

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