三相電路教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的改進(jìn)

1問題提出

三相電路是電路分析課程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)交流應(yīng)用電路的關(guān)鍵章節(jié)。目前，三相電路是電力系統(tǒng)主要的供電方式。學(xué)生在上過三相電路理論課之后做實(shí)驗(yàn)仍然存在不少盲從現(xiàn)象。如實(shí)驗(yàn)三相交流電路電流、電壓的測(cè)量，電路如圖1所示。要求學(xué)生先連好電路，再根據(jù)三相電路理論知，測(cè)量各相、線的電壓電流。其中，電路各線均可開、短路，最后根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)電路特性做一總結(jié)。

在這里，問題就出來了，學(xué)生對(duì)測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證，理論的歸納總結(jié)，成績(jī)一般和較差的學(xué)生就不清楚了。原因兩點(diǎn)：(1)理論知識(shí)掌握不牢靠，不能靈活運(yùn)用;(2)實(shí)驗(yàn)中含有保險(xiǎn)絲、多個(gè)開關(guān)等，使學(xué)生忙于連接測(cè)量，短時(shí)間內(nèi)難于理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，歸納時(shí)也多次反映搞不清楚負(fù)載、電壓、電流之間的關(guān)系。

2教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

為解決以上問題，理論課舉例子時(shí)，刻意加進(jìn)三相電路在生活用電中的應(yīng)用，一則貼近生活便于理解歸納，二則體現(xiàn)了三相教學(xué)的目的在于應(yīng)用于生產(chǎn)生活，三則便于學(xué)生預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。取得了較好的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)效果。采用提出問題、分析問題、歸納總結(jié)的形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，師生互動(dòng)的來研究三相電路的生活用電常識(shí)。

首先提問：一、二、三樓的樓道照明系統(tǒng)連有多個(gè)燈泡，采用三相四線制，如何接小燈泡?很多同學(xué)立即就回答正確，應(yīng)該每層多個(gè)燈泡并聯(lián)，每層占一相，即接在火線和零線之間，以保證工作電壓220V。以上面討論為基礎(chǔ)，引出下面例子及電路圖。

例：負(fù)載和電源均為星形聯(lián)結(jié)的三相電路如圖2。設(shè)電源線電壓為 。負(fù)載為電燈組，其中一樓為A相負(fù)載，二樓為B相負(fù)載，三樓為C相負(fù)載。

問題1：若三層樓的電燈電阻相同時(shí)，討論線電流及中性線電流;

問題2：若三層樓的電燈電阻不同，比如一樓電阻最小，二樓其次，三樓電阻最大

(1)中性線未斷時(shí)討論各線電流、中性線電流及中性線斷開時(shí)討論負(fù)載的相電壓及相電流(2)A相短路:中性線未斷及斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。(3)A相斷路:中性線未斷及斷開時(shí)，求各相負(fù)載電壓。

分析問題1，若三層樓道的打開燈泡數(shù)目相同，研究各樓層燈泡的工作情況及零線電流。學(xué)生回答說是對(duì)稱負(fù)載星形連接，線電壓380V，則相電壓220V，由于中性線的存在，各負(fù)載的電壓均為220V，各相電流大小相同依次滯后 ，故中性線電流為零，則火線是否斷開不影響各負(fù)載正常工作。

分析問題2(1)，若不同樓道里打開的燈泡數(shù)目不同，分析零線的作用，如何接接保險(xiǎn)絲?分析家庭用電使用大功率用電器會(huì)造成跳閘的原因。學(xué)生討論后認(rèn)為，有火線時(shí)保證了各負(fù)載的工作電壓均為220V，各樓層燈泡正常工作，相電流和電阻成反比，使各相電流不再對(duì)稱，中性線上有電流流過。

下面分析三相負(fù)載不對(duì)稱且中性線斷開，原電路等效為如圖3所示電路。

若要得出各樓層的工作電壓電流，必須算出N'N的電壓，必須通過計(jì)算才能分析清楚。故設(shè)UA =220∠0oV ，一、二、三樓的電阻分別設(shè)為5Ω、10Ω、20Ω，則結(jié)點(diǎn)電壓：

從而各負(fù)載相電壓和相電流：

根據(jù)以上計(jì)算，由學(xué)生討論，可得出小結(jié)：

a)不對(duì)稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)且無中性線時(shí), 各相電壓和阻值成正比，造成電阻大的電壓過大被燒壞，電阻小的達(dá)不到工作電壓而亮度較弱。

b)照明負(fù)載三相不對(duì)稱，必須采用三相四線制，且中性線上不允許接刀閘和熔斷器。一旦由于某種原因零線斷開，就會(huì)出現(xiàn)小結(jié)a的情況，故必須保證零線的連接。而且保險(xiǎn)絲要串連在各火線上，以保證只熔斷本相而不影響其它相的工作。

c)若用電器功率大，在工作電壓相同情況下，阻值和功率成反比，相電流和電阻成反比，那么功率越大則相電流越大，造成該火線的總電流過大而使該火線上的閘刀跳閘。

分析問題2(2)，若某層被短路，分析有無零線時(shí)各樓層燈泡工作情況，學(xué)生討論如下：

(2)A相短路

a)中性線未斷如圖2：A相短路電流很大，將A相熔斷絲熔斷，B相和C相未受影響，其相電壓仍為220V，正常工作。

b)中性線斷開如圖3：負(fù)載中性點(diǎn)N'和A點(diǎn)電位相同，A相電壓為0，B、C相電壓等于線電壓為380V，超過額定電壓220V，會(huì)被燒壞。

(3)A相斷路

a)中性線未斷如圖2，B、C相燈仍承受220V電壓，正常工作。

b)中性線斷開如圖3，B、C相負(fù)載串聯(lián)在B、C火線間，相電流相同，相電壓和阻值成正比，使各相不能正常工作。

3總結(jié)及效果

在三相電路教學(xué)中，使用上面的例子作為理論及教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的銜接，教師采用從淺到深、逐步分層次的提出問題，學(xué)生分組討論，再師生一起計(jì)算小結(jié)，引出更多問題，進(jìn)一步討論計(jì)算小結(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生課下去看看宿舍用電箱器件及連線。不僅加深了三相電路的理論知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了家庭用電常識(shí)，初步掌握安全用電的知識(shí)。并且該例子接近實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生帶著理論去連接實(shí)驗(yàn)電路，邊思考邊完成實(shí)驗(yàn)。由于討論的是生活用電，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂氣氛活躍，學(xué)生積極討論發(fā)言，對(duì)三相電路的學(xué)習(xí)印象很深刻，教學(xué)效果明顯，突出表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)完成得較好以及期末考試得分率的提高。