三相電路教學與實驗相結合的改進

1問題提出

三相電路是電路分析課程中引導學生學習交流應用電路的關鍵章節(jié)。目前，三相電路是電力系統(tǒng)主要的供電方式。學生在上過三相電路理論課之后做實驗仍然存在不少盲從現(xiàn)象。如實驗三相交流電路電流、電壓的測量，電路如圖1所示。要求學生先連好電路，再根據三相電路理論知，測量各相、線的電壓電流。其中，電路各線均可開、短路，最后根據測量結果對電路特性做一總結。

在這里，問題就出來了，學生對測量結果的驗證，理論的歸納總結，成績一般和較差的學生就不清楚了。原因兩點：(1)理論知識掌握不牢靠，不能靈活運用;(2)實驗中含有保險絲、多個開關等，使學生忙于連接測量，短時間內難于理論驗證實驗，歸納時也多次反映搞不清楚負載、電壓、電流之間的關系。

2教學與實驗相結合

為解決以上問題，理論課舉例子時，刻意加進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(xiàn)了三相教學的目的在于應用于生產生活，三則便于學生預習準備實驗。取得了較好的教學、實驗效果。采用提出問題、分析問題、歸納總結的形式，調動學生的積極性，師生互動的來研究三相電路的生活用電常識。

首先提問：一、二、三樓的樓道照明系統(tǒng)連有多個燈泡，采用三相四線制，如何接小燈泡?很多同學立即就回答正確，應該每層多個燈泡并聯(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，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。

問題1：若三層樓的電燈電阻相同時，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)中性線未斷時討論各線電流、中性線電流及中性線斷開時討論負載的相電壓及相電流(2)A相短路:中性線未斷及斷開時，求各相負載電壓。(3)A相斷路:中性線未斷及斷開時，求各相負載電壓。

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

分析問題2(1)，若不同樓道里打開的燈泡數目不同，分析零線的作用，如何接接保險絲?分析家庭用電使用大功率用電器會造成跳閘的原因。學生討論后認為，有火線時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，中性線上有電流流過。

下面分析三相負載不對稱且中性線斷開，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，則結點電壓：

從而各負載相電壓和相電流：

根據以上計算，由學生討論，可得出小結：

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

b)照明負載三相不對稱，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，就會出現(xiàn)小結a的情況，故必須保證零線的連接。而且保險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，分析有無零線時各樓層燈泡工作情況，學生討論如下：

(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：負載中性點N'和A點電位相同，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總結及效果

在三相電路教學中，使用上面的例子作為理論及教學和實驗的銜接，教師采用從淺到深、逐步分層次的提出問題，學生分組討論，再師生一起計算小結，引出更多問題，進一步討論計算小結，鼓勵學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，而且學會了家庭用電常識，初步掌握安全用電的知識。并且該例子接近實驗，便于學生帶著理論去連接實驗電路，邊思考邊完成實驗。由于討論的是生活用電，大大提高了學生的學習興趣，課堂氣氛活躍，學生積極討論發(fā)言，對三相電路的學習印象很深刻，教學效果明顯，突出表現(xiàn)在實驗完成得較好以及期末考試得分率的提高。