浅谈三相正弦交流电表示法的教学艺术

2017-07-24黄爱群

中学课程辅导·教学研究 2017年15期

黄爱群

摘要：长期以来，在给学生教授三相交流电这部分内容时，学生对三相正弦交流电的表示法感觉模糊难记，为了让学生更好地理解记忆，笔者采用了文学体裁对应各个表示法的比喻教学，收到良好的效果。

关键词：三相正弦交流电；表示法；教学艺术

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）05-0111

多年来，笔者一直从事中职学校电子电器专业课教学，在教授《电工基础》中的三相正弦交流电的表示法过程中，学生总是难以理解并记住三种关于三相正弦交流电的表示法，以致影响到后面的学习和提高。为此，笔者根据多年的教学经验，总结出关于这个内容的教学艺术，以供参考：

首先，了解三相正弦交流电的产生，利用多媒体及操作演示，呈现三相正弦交流电产生的过程和表示方法，教师进行详细分析讲解：

简介发电机的构造后，演示三相交变电流产生：将三个灵敏电流计分别接到发电机的三个接线柱上，摇转发电机线圈，三个灵敏电流计都有摆动，说明三个线圈均产生交变电动势，从而有三相交变电流通过。

如上图所示，三相交流发电机内有三个相差120°电角度的线圈，转动时就能产生三个在相位上相差120°的三相交流电了。

第二，了解三相正弦交流电的特点，如何表示三相正弦交流电：

重做三相正弦交流电产生的演示实验，摇动线圈尽量均匀，让学生仔细观察三个电流计指针的摆动情况，并让学生思考：三个电流计指针摆动为什么不同？他们所反映的三个交变电动势有何异同？

引导学生分析：三个交变电动势的特点：

频率相同、最大值相同、达到最大值的时刻落后三分之一周期

那么，该怎样表示三相正弦交流电呢？下面将一起了来学习：

三相正弦交流电的表示法有三种，分别是：解析式表示法，波形图表示法，相量图表示法。

1. 解析式表示法

解析以uA为参考正弦量，则三相电压的解析式（瞬时值表达式）为：

uA=Umsinωt

uB=Umωt-）

uC=Um

式中，uA，uB，uC，分别是三相电动势的瞬时值，Um是最大值（峰值或振幅），是交流电的角频率，单位为弧度/秒（rad/s），它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度；即120°表示该相电动势的初相位，也就是说，uA的初相为0°电角度，uB的初相为-120°电角度，uC的初相为+120°电角度，它表示初始时刻（t=0时）三相交流电所处的电角度。

在此，解析式表示法（也叫做瞬时值表达式）中，分别把三相交流电的最大值（峰值、振幅）、角频率（周期、频率）、初相（相位）表达得清楚明了，这就像是一篇小说，把一个故事交代的清楚完整，而小说的三要素是人物、情节、环境，交流电也有最大值、频率和初相三要素，如此，交流电的解析式表示法就好比文学体裁中的小说。

2. 波形图表示法

交流电的波形可以用示波器观察到，将其在建立的直角坐标系中直观画出随时间变化的曲线，这种用正弦波形图表示正弦交流电的方法，称为波形图表示法。

以熟悉的初相为0正弦函数式uA=Um的波形为参照，根据所需表示的正弦交流电的初相判定超前或滞后关系，将波形图起点前移或后移相应角度，结合最大值（或有效值）调整幅值，并按波形的自然趋势补充完整，如图所示：

波形图中，横坐标表示时间t或电角度ωt，纵坐标表示随时间变化的电压（电动势、电流）的瞬时值，因此，波形图上可以反映出交流电的最大值、频率和初相。

用正弦波形这样表示三相正弦交流电，直观、清晰，这就好像文学体裁中的散文，波形飘逸，印象深刻，却和散文一样，形散而神不散。

3. 相量图表示法

正弦交流电也可以用最大值相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。

（1）最大值向量表示法

最大值相量表示法是用正弦量的振幅值（最大值）作为相量的模（大小）、用初相角为相量的幅角，例如有三个正弦量为：

e=60）V

u=30）V