三相电路教学与实验相结合的改进

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。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。