三相電路教學(xué)與實(shí)驗相結合的改進(jìn)

1問(wèn)題提出

三相電路是電路分析課程中引導學(xué)生學(xué)習交流應用電路的關(guān)鍵章節。目前，三相電路是電力系統主要的供電方式。學(xué)生在上過(guò)三相電路理論課之后做實(shí)驗仍然存在不少盲從現象。如實(shí)驗三相交流電路電流、電壓的測量，電路如圖1所示。要求學(xué)生先連好電路，再根據三相電路理論知，測量各相、線(xiàn)的電壓電流。其中，電路各線(xiàn)均可開(kāi)、短路，最后根據測量結果對電路特性做一總結。

在這里，問(wèn)題就出來(lái)了，學(xué)生對測量結果的驗證，理論的歸納總結，成績(jì)一般和較差的學(xué)生就不清楚了。原因兩點(diǎn)：(1)理論知識掌握不牢靠，不能靈活運用;(2)實(shí)驗中含有保險絲、多個(gè)開(kāi)關(guān)等，使學(xué)生忙于連接測量，短時(shí)間內難于理論驗證實(shí)驗，歸納時(shí)也多次反映搞不清楚負載、電壓、電流之間的關(guān)系。

2教學(xué)與實(shí)驗相結合

為解決以上問(wèn)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用，一則貼近生活便于理解歸納，二則體現了三相教學(xué)的目的在于應用于生產(chǎn)生活，三則便于學(xué)生預習準備實(shí)驗。取得了較好的教學(xué)、實(shí)驗效果。采用提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、歸納總結的形式，調動(dòng)學(xué)生的積極性，師生互動(dòng)的來(lái)研究三相電路的生活用電常識。

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

例：負載和電源均為星形聯(lián)結的三相電路如圖2。設電源線(xiàn)電壓為 。負載為電燈組，其中一樓為A相負載，二樓為B相負載，三樓為C相負載。

問(wèn)題1：若三層樓的電燈電阻相同時(shí)，討論線(xiàn)電流及中性線(xiàn)電流;

問(wèn)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(xiàn)未斷時(shí)討論各線(xiàn)電流、中性線(xiàn)電流及中性線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)討論負載的相電壓及相電流(2)A相短路:中性線(xiàn)未斷及斷開(kāi)時(shí)，求各相負載電壓。(3)A相斷路:中性線(xiàn)未斷及斷開(kāi)時(shí)，求各相負載電壓。

分析問(wèn)題1，若三層樓道的打開(kāi)燈泡數目相同，研究各樓層燈泡的工作情況及零線(xiàn)電流。學(xué)生回答說(shuō)是對稱(chēng)負載星形連接，線(xiàn)電壓380V，則相電壓220V，由于中性線(xiàn)的存在，各負載的電壓均為220V，各相電流大小相同依次滯后 ，故中性線(xiàn)電流為零，則火線(xiàn)是否斷開(kāi)不影響各負載正常工作。

分析問(wèn)題2(1)，若不同樓道里打開(kāi)的燈泡數目不同，分析零線(xiàn)的作用，如何接接保險絲?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)生討論后認為，有火線(xiàn)時(shí)保證了各負載的工作電壓均為220V，各樓層燈泡正常工作，相電流和電阻成反比，使各相電流不再對稱(chēng)，中性線(xiàn)上有電流流過(guò)。

下面分析三相負載不對稱(chēng)且中性線(xiàn)斷開(kāi)，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(guò)計算才能分析清楚。故設UA =220∠0oV ，一、二、三樓的電阻分別設為5Ω、10Ω、20Ω，則結點(diǎn)電壓：

從而各負載相電壓和相電流：

根據以上計算，由學(xué)生討論，可得出小結：

a)不對稱(chēng)三相負載星形聯(lián)結且無(wú)中性線(xiàn)時(shí), 各相電壓和阻值成正比，造成電阻大的電壓過(guò)大被燒壞，電阻小的達不到工作電壓而亮度較弱。

b)照明負載三相不對稱(chēng)，必須采用三相四線(xiàn)制，且中性線(xiàn)上不允許接刀閘和熔斷器。一旦由于某種原因零線(xiàn)斷開(kāi)，就會(huì )出現小結a的情況，故必須保證零線(xiàn)的連接。而且保險絲要串連在各火線(xiàn)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(xiàn)的總電流過(guò)大而使該火線(xiàn)上的閘刀跳閘。

分析問(wèn)題2(2)，若某層被短路，分析有無(wú)零線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)斷開(kāi)如圖3：負載中性點(diǎn)N'和A點(diǎn)電位相同，A相電壓為0，B、C相電壓等于線(xiàn)電壓為380V，超過(guò)額定電壓220V，會(huì )被燒壞。

(3)A相斷路

a)中性線(xiàn)未斷如圖2，B、C相燈仍承受220V電壓，正常工作。

b)中性線(xiàn)斷開(kāi)如圖3，B、C相負載串聯(lián)在B、C火線(xiàn)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)驗的銜接，教師采用從淺到深、逐步分層次的提出問(wèn)題，學(xué)生分組討論，再師生一起計算小結，引出更多問(wèn)題，進(jìn)一步討論計算小結，鼓勵學(xué)生課下去看看宿舍用電箱器件及連線(xiàn)。不僅加深了三相電路的理論知識，而且學(xué)會(huì )了家庭用電常識，初步掌握安全用電的知識。并且該例子接近實(shí)驗，便于學(xué)生帶著(zhù)理論去連接實(shí)驗電路，邊思考邊完成實(shí)驗。由于討論的是生活用電，大大提高了學(xué)生的學(xué)習興趣，課堂氣氛活躍，學(xué)生積極討論發(fā)言，對三相電路的學(xué)習印象很深刻，教學(xué)效果明顯，突出表現在實(shí)驗完成得較好以及期末考試得分率的提高。