三相交变电源及单元测试题.docx
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三相交变电源及单元测试题
教学内容:
三相交变电源及单元测试题
第六节三相交变电源
【基础知识精讲】
1.三相交流电:
如果在磁场中有三个互成角度的线圈同时转动时,电路中产生三个交变电动势,它产生的电流叫三相交流电.
2.三相交流电的连接方式
(1)星形接法:
把三个线圈的末端连在一起引出一条线,三个线圈始端各引出了一条线,共引出四条线,这种连接方法叫星形连接.每相电压即为线圈两端的电压,公共点引出的线叫中性线.线电压等于相电压的
倍.
(2)三角形接法:
把三个线圈的始端和末端分别连接,引出三条线,这种连接方法叫做三角形连接.这样连接时线电压等于相电压.
【重点难点解析】
1.三相交流电流的产生:
由三相交流发电机产生
2.星形连接:
接图所示方式的连接方法
3.三角形连接:
接图所示方式的连接方法
4.三相交流发电机产生的三个交变电动势,虽然最大值和周期相同,但不能同时为零,两两间相差
T.
5.星形连接中,提供了两种电压(220V和380V)同时省去了两根导线,且U线=
U相.
6.三角形连接中,U线=U相,在实际中应如何将电源与负载相连,取决于用户的需要及电源的配备等.
7.三相交流电方程:
U1=Umsinωt
U2=Umsin(ωt-
π)
U3=Umsin(ωt-
π)
【难题巧解点拨】
例在图中,发电机每相电压为220V,电动机D上标有“220/380,△/Y”的字样,每盏电灯的额定电压都是220V.指出图中的连接错误,并写上错误的原因或说明正确的连接方法.
解析首先,中性线不应接开关和保险线;另外,电灯L的开关应接在火线上;电动机应接成星形.
评注当三相负载不平衡时,中性线中有电流通过,因此中性线绝不能断开.加装保险是不容许的.电灯开关应接在火线(相线)上,否则不符合用电安全规则.电动机三角形接法时,每相电压只能是220V,但按图中接法却达到380V.
【课本难题解答】
课本第207页
(2)设小灯泡均在额定电压下工作,则一个小彩灯消耗的电功率为4×0.1W=0.4W.
120个小彩灯消耗的总电功率为120×0.4W=48W.
变压器副线圈输出电功率等于小彩灯消耗的总电功率即48W.
变压器原线圈输入的电功率P=UI=48W.
所以通过原线圈的电流I=
=
A=0.218A.
(3)把灯丝放在强磁铁产生的强磁场中,让电流通过灯丝.如果发现灯丝不动,则灯泡中的电流是直流,如果发现灯丝振动,则灯泡中的电流是交流.
因为直流通过灯丝时,在强磁场中灯丝受到的磁场力是恒定的,灯丝会发生微小形变,但不会振动;交流通过灯丝时,在强磁场中,灯丝受的磁场力的大小、方向都随时间变化,因而灯丝发生振动.
【命题趋势分析】
目前本节内容不在高考范围之内.
【典型热点考题】
例三相交流发电机三个线圈AX,BY,CZ的相电压为220V,三相负载电阻连接如图所示.该发电机的线电压多大?
负载的线电压和相电压各多大?
解析三个线圈的始端A、B、C依次和末端Y、Z、X相连,形成三角形(△)连接,其线电压和相电压相等,所以发电机的线电压是220V.
三相负载的一端分别和线圈的始端A、B、C相连,AA′、BB′、CC′叫端线(俗称火线),负载的另一端用导线连接在一起(零线),形成星形(Y)连接.由图18-31可知,负载的线电压(即端线间电压)是220V.在星形连接中U线=
U相,则
U相=
=
127(V)
【同步达纲练习】
1.如图所示,电源采用星形接法而负载采用三角形接法,电源的相电压为220V,各相负载相同,阻值都是110Ω,下列叙述中正确的是()
A.加在负载上的电压为220VB.加在负载上的电压为380V
C.通过各相负载的相电流为
AD.电路中线电流为2×
A
2.一台三相电炉,铭牌上标有“220/380,△/Y”的字样,由此可知()
A.电炉每一相电热元件的额定电压是220V
B.电炉每一相电热元件的额定电压是380V
C.供电线路的线电压是380V时,电炉的三相负载应采用三角形连接
D.供电线路的线电压是380V时,电炉的三相负载应采用星形连接
【素质优化训练】
1.三个阻值都是R的电阻按星形连接,三个阻值均为r的电阻按三角形连接,若所加的三相交流电的线电压相同,并且这两种方式的线电流相同,则R∶r=.
2.在匀速转动的三相交流发电机模型的电枢中,关于三个线圈中产生的感应电动势,下面说法正确的是()
A.按相同的规律变化,同时达到最大值,同时达到最小值
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
【生活实际运用】
例三相交流发电机线圈和负载连接发图所示.已知每相线圈的电压为220V,R1=R2=R3=38Ω,
=
=
=22Ω.求通过电阻和电灯的电流.
解析发电机每个线圈始端A、B、C分别由端线引出,末端X、Y、Z用中性线连接,形成星形连接,因AX、BY、CZ间电压(相电压)是220V,所以A、B、C三条端线间电压(线电压)
U线=
U相=380V.
电阻R1、R2、R3是三角形连接,电阻两端电压是两端线间电压,UR=U线=380V,通过每个电阻的电流
IR=
=
=10(A).
电灯A1、A2、A3是星形连接,两端电压是端线与中性线之间的电压(220V),所以通过每个电灯的电流
IA=
=
=10(A).
【知识验证实验】
例在图的A、B两端加直流电压时,甲灯正常发光,乙灯完全不亮;当A接火线,B接零线,A、B间交流电压的有效值与直流电压相等时,甲灯发出微弱的光,乙灯能正常发光.试判断电器元件X、Y分别是什么?
(甲、乙两灯完全相同)
解析电感线圈在电路中有“通直流、阻直流”的特性;电容器在电路中有“通交流、隔直流”的特性.由此可以判断:
与甲灯串联的X元件是电感线圈;与乙灯串联的Y元件是电容器.
【知识探究学习】
交流电的产生及变化规律
例一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以其一条边为轴作匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈中感应电动势e与时间t的关系如图.感应电动势最大值和周期可由图中读出,则磁感应强度B=.在t=
时刻,线圈平面与磁感应强度的夹角.
图1图2
解析由图1可知,感应电动势最大值为εm,周期为T.根据εm=BωS,若ω=
,可得B=
,由图可知,t=0时,感应电动势最大,此时磁场与线圈平面平行,所以在
时刻,线圈平面与B的夹角等于30°(或150°).
对于交流电的产生及其变化规律要注意以下几方面的内容:
1.正弦交流电的产生
如图2所示,匝数为n,面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直磁场的轴从中性面开始以角速度ω匀速转动,经过时间t转过角度θ=ωt,这时线圈中产生的感应电动势的瞬时值为:
e=nBSωsinωt,其中εm=nBSω;电压瞬时值υ=υmsinωt;电流瞬时值i=Imsinωt.
2.抓住两个面的特点
(1)线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.
(2)线圈位于平行磁场时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大.
(3)线圈经过中性面时,电流方向发生变化.
训练题一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图3所示.下面说法中正确的是()
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零
B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D.每当e变换方向时,通过线圈的磁通量绝对值为最大
答案D.
单元测试题
1.某一用电器,加在其两端的交流电压的表达式是υ=100
sin50πt(V),以下说法中正确的是()
A.该交流电的频率是50Hz
B.与用电器并联的交流电压表的读数是100V
C.与用电器并联的交流电压表的读数应该是100
V
D.该交流电的方向每分钟改变100次
2.理想变压器、副线圈的匝数之比n1∶n2=3∶1,且分别接有阻值相同的电阻R1和R2,如图所示.电源电压为U,此时()
A.R1两端的电压为U/10,R2两端的电压为3U/10
B.R1、R2两端的电压均为U/4
C.R1、R2消耗的功率之比为1∶1
D.R1、R2消耗的功率之比为1∶9
3.如图所示,理想变压器的副线圈通过输电线接两个并联的支路,其中变阻器的总电阻值R2大于定值电阻的阻值R1,输电线的等效电阻为R.开始时,变阻器的滑片P在a端.如果原线圈两端间交变电压的有效值保持一定,那么,当滑片P自a向b滑动时,以下说法中正确的是()
A.副线圈的输出电压(有效值)UMN不断增大B.通过R1的电流(有效值)I1不断增大
C.原线圈中通过的电流(有效值)不断减小D.变压器的电功率(有效值)不断增大
4.在图中的理想变压器有两个副线圈,匝数分别为n2和n3,分别接有电阻R1和R2,且R2=4R1.只闭合S1时,电流表示数为1A;S1和S2都闭合时,电流表示数为2A,则n2∶n3为()
A.2∶1B.1∶2C.4∶1D.1∶4
4题图5题图
5.图中的螺线管中通入交变电流,一电子沿轴线进入螺线管,电子在螺线管内将做()
A.匀速直线运B.变速直线运动
C.匀速圆周运动D.简谐运动
6.如图所示是远距离输电示意图,交流发电机E的输出电压经升压变压器升高后,由电阻为R的输电线向远方输电,到达用户前再用降压变压器降压供用户使用,图中变压器均为理想变压器,下列说法正确的是()
A.降压变压器与用户连接的总开关断开后,输电线上损失的电功率为零
B.降压变压器与用户连接的总开关S断开后,输电线上损失的电功率很大
C.用户使用的用电器增多时,输电线上损失的电功率增大
D.用户使用的用电器不论多少,输电线上损失的电功率始终不变
7.如图所示,直导线中通有交流电i=Imcosωt则由t=0开始的一个周期内,在直导线正上方的矩形线框abcd中产生的感应电流强度变化将是()
A.减增减增B.先增后减
C.增减增减D.先减后增
8.用理想变压器给负载供电,如图所示,现保持输入电压不变,当负载电阻的滑动触头向上移动时,图中各交流电表的读数及输入功率P将如何变化()
A.
和
不变,
增大,
减小,P增大
B.
、
不变,
、
增大,P增大
C.
、
不变,
、
减小,P减小
D.
不变,
增大,
减小,
增大,P减小
9.如图所示,T为理想变压器,副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不可忽略,其余输电线电阻可不计,则当电键S闭合时()
A.交流电压表V1和V2的示数一定都变小
B.交流电压表只有V2的示数变小
C.交流电流表A1、A2和A3的示数一定都变大
D.只有A1的示数变大
10.将阻值为R的电阻接在电动势E=10V,内阻r=R的直流电源两端时,电阻R上消耗的电功率为P,下列判断中正确的是()
A.将电阻R接在另一直流电源两端时,若电阻R两端电压为10V,则电阻R上消耗的电功率为2P
B.将电阻R接在另一直流电源两端时,若电阻R两端电压为20V,则电阻R上消耗的电功率为16P
C.将电阻R接在另一正弦交流电源两端时,若电阻R两端的电压最大值为10V,则电阻R上消耗的电功率为8P
D.将电阻R接在另一正弦交流电源两端时,若电阻R两端的电压最大值为20V,则电阻R上消耗的电功率为8P
11.一台理想变压器,原线圈为1500匝,接在电压为220V的交流电源上,允许通过的最大电流强度为1.2A;副线圈为300匝,并和阻值为88Ω的电灯相连接.当接入一盏电灯时,通过原线圈的电流为A,该变压器的副线圈最多可接入盏这样的电灯.
12.理想变压器的输入电压的表达式为υ=311sin314t(V),变压器的变压比是10∶1,副线圈上负载电阻R=20Ω,则负载两端的电压为V.若在副线圈上再并联一个完全相同的负载,则原线圈的输入功率为W.
13.三相交流发电机有线圈,每组线圈产生的电动势的和变化的都相同,但它们到达零值或最大值的时刻依次落后周期.
14.交流电压表和电流表都有一定的量度范围,不能直接测量高电压和大电流.我们可以用互感器来解决这个问题.互感器分为和互感器两种,请在图所示的电路图上填上表头符号字母.
15.一个匝数500匝,宽10cm、长20cm的矩形线圈,在匀强磁场中以每分钟600转的速度匀速转动,线圈轴线与磁感线垂直,B=6×10-2T.当t=0时线圈平面与中性面重合,经1/30s,线圈产生的感应电动势的瞬时值及这段时间的平均感应电动势分别为和.
16.一理想变压器原线圈匝数是1210匝,接通电压为220V的交流电源,该变压器通过两个副线圈分别给两部分用电器供电.第一部分标有“100V,500W”,第二部分由“30V,40W”灯泡50盏组成,则两副线圈分别为.
17.有一理想变压器,原、副线圈的匝数比为100,原线圈上所加的电压为23kV,副线圈通过总电阻为2Ω的输电导线向用户供电.用户用电器得到的电压是220V,则供电导线上损耗的功率为.
18.远距离输电,原来用电压U0输送,输电线上损失的功率为P0,现要使输电线上的损失的功率减小到原来的1%,在保持输送功率不变的情况下,输电电压应变为U0.
19.匀强磁场中有一个“∩”形的导线框可绕ab轴旋转,已知匀强磁场的磁感强度B=
T,线框的cd=20cm,ce=df=10cm,转速为50rad/s.如果线框从图所示位置开始转过90°时开始计时:
(1)写出线框中感应电动势瞬时值的表达式.
(2)在e-t坐标中作出线框中感应电动势随时间变化的图.
(3)若线框电阻为2Ω,将a,b两端接一盏“6V、12W”的小灯泡,小灯泡能不能正常发光?
20.一台理想变压器原线圈的匝数为n1=4400匝,输入交流电压为U1=220V;副线圈有两个,匝数分别为n2=240匝,n3=120匝.求这两个副线圈的电压U2和U3.当两个副线圈的输出电流分别为I2=0.5A,I3=
A时,原线圈中的电流强度I1为多大?
当两个副线圈的输出电流分别增大以I2′=1A,I3′=
A时,原线圈中的电流强度I1′又为多大?
参考答案
第六节三相交变电流
【同步达纲练习】
1.BC2.AD
【素质优化训练】
1.1∶32.
(1)484Ω
(2)1903.BCD
单元测试题
1.B2.AD3.BC4.B5.A6.AC7.D8.C9.B10.B11.0.1,1212.22,48.413.三组,最大值,周期(或频率)1/3.14.电流电压A
15.解:
Em=NBωsω=2πn=2π×10=20π
Em=500×6×10-2×20π×0.1×0.2=12π
e=Emsinωt=12πsin
π=6
π=32.6V
=N
=
=45NBS=27V.
16.该题应用理想变压器原副线圈电压和匝数的关系来求解,由题可知
=
所以N2=
N1=
×1210=550匝
=
故N3=
N1=
×1210=198匝
17.该题应用变压器原副线圈上电压关系,电功率的计算式及电路中的电压关系求解.
根据变压器的变压关系得:
=
U出=
=
×23000=230V
由U出=U损+U用U损=U出-U用=230-220=10V
则P损=
=
=50W
18.10
19.
(1)e=10
sin100πt(v)
(2)如图
(3)能正常发光
20.12V6V0.05A0.15A
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- 三相 电源 单元测试