电路知识教案 电工技术基础教案.doc

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1、课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容电路和电路模型课时1课时教学目标掌握电路的作用和构成及电路模型的概念。教学重点知道电路和基本知识教学难点电路的构成教学过程引入新课：为满足我校非电类专业的教学要求，加快我国应用型人才培养的步伐，为把学生培养成为具有一定电工电子技术知识和能力的高等技术人才，本教材的内容在保证必要的基本概念和基本知识基础上，以定性分析和定量估算为主，突出实用、注重实践，注意培养学生分析问题和解决问题的能力。例如，在学习元器件知识的同时，结合器件性能，介绍一些实用的测试或判别方法，并结合一些电路实例，进一步培养学生的综合应用能力。本教材在每章后面都编写了一些经过认真筛选的习

2、题，以便使学生系统地掌握所学的基础理论知识。本教材的突出特点是在每章后面都编写了相应的技能训练的内容，加强对学生的实际技能的培养。教材中有些内容是在教学基本要求的基础上加深(或加宽)的内容，可根据专业需要和学时数的多少选择使用。授新课1.电路特点： 电路设备通过各种连接所组成的系统，并提供了电流通过途径。 2. 电路的作用： 图 1-1 电路模型(1) 实现能量转换和电能传输及分配。 (2) 信号处理和传递。 3 电路模型：理想电路元件：突出实际电路元件的主要电磁性能，忽略次要因素的元件；把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路。即为实际电路的电路模型； 例图 1-1 ：最简单的电路手

3、电筒电路 4 电路的构成：电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。 （1）电源：把其他形式的能转换成电能的装置及向电路提供能量的设备，如干电池、蓄电池、发电机等。 （2）负载：把电能转换成为其它能的装置也就是用电器即各种用电设备，如电灯、电动机、电热器等。 （3）导线：把电源和负载连接成闭合回路，常用的是铜导线和铝导线。 （4）控制和保护装置：用来控制电路的通断、保护电路的安全，使电路能够正常工作，如开关，熔断器、继电器等。课外作业：1有一根导线每小时通过其横截面的电荷量为900C，问通过导线的电流多大?合多少毫安?多少微安?2一根实验用的铜导线，它的截面积为1.5 mm2，长度为0.

4、5 m，计算该导线的电阻值(温度为20)。3有一个电炉，它的炉丝长50 m，炉丝用镍铬丝，若炉丝电阻为5，问这根炉丝的截面积是多大(镍铬丝的电阻率取1.110一6m)。小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容电路的基本物理量课时1课时教学目标掌握电路基本物理量的概念、定义及有关表达式，了解参考方向内涵及各物理量的度量及计算方法。教学重点各物理量定义的深刻了解和记忆教学难点各物理量定义的深刻了解和记忆教学过程引入新课：授新课一：电流、电压及其参考方向1电流 (1) 定义：带电粒子的定向运动形成电流，单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度。 (2) 电流单位：安培 (A) ， 1A 1

5、0mA 106A ， 1 kA 10 A (3) 电流方向：规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。电流的大小和方向不随时间的变化而变化为直流电，用I表示 ，方向和大小随时间的变化而变化为交流电，用i表示。任意假设的电流流向称为电流的参考方向。 （4）标定：在连接导线上用箭头表示，或用双下标表示。 约定：当电流的参考方向与实际方向一致时i 0，当电流的参考方向与实际方向相反时i 0， (5)电流的测量：利用安培表，安培表应串联在电路中，直流安培表有正负端子。 2.电压 (1)定义：电场力把单位正电荷从电场中A点移到B点所做的功，称其为A点到B点间的电压。用uAB表示。或任意两点间的电位差称为电压

6、。(2)电压单位：伏特（ V ）， 1V 10mV 106 V ， 1kV 10 V (3)电压方向：规定把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压的方向不随时间的变化而变化为直流电压 Uab ，方向和大小都随时间的变化而变化为交流电压u ab 。任意假设的电压方向称为电压的参考方向。（4）电压的测量：利用伏特表，伏特表应并联在电路中，直流伏特表有正负端子。二：电位电位定义：正电荷在电路中某点所具有的能量与电荷所带电量的比称为该点的电位。电路中的电位是相对的，与参考点的选择有关，某点的电位等于该点与参考点间的电压。电路中a、b两点间的电压等于a、b两点间的电位差。即Uab=Va -Vb 。所以电

7、压是绝对的，其大小与参考点的选择无关；但电位是相对的，其大小与参考点的选择有关。三：电动势 定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功。电动势与电压有相同的单位。1. 功率 (1) 定义 : 单位时间内消耗电能即电场力在单位时间内所做的功。 (2) 功率单位：瓦特 (W) (3) 功率方向：提供、消耗 （4）功率的测量：利用功率表。2. 能量 (1) 定义：在 t 1 时间内，电路所消耗的电能。 (2) 能量单位：焦耳 (J) ，电能的常用单位为度，度千瓦小时 (3) 能量方向：吸收、释放功率 课外作业：有一个电阻，两端加上50mV电压时，电流为10mA；当两端加上10V电压时，电流

8、值是多少?小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容电阻元件和欧姆定律课时1课时教学目标掌握电阻定律和欧姆定律教学重点1 电阻的特性； 2 欧姆定律教学难点欧姆定律教学过程引入新课：授新课一、电阻元件 （1）定义：阻碍导体中自由电子运动的物理量，表征消耗电能转换成其它形式能量的物理特征。 （2）电阻单位：欧姆（ ）， 1M 103 K W =10 6 。 （3）电阻的分类：根据其特性曲线分为线形电阻和非线形电阻。 线性电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。 R = 常数； 非线性电阻的伏安特性曲线是一条曲线。如上图 （4）电阻定律：对于均匀截面的金属导体，它的电阻与导体的长度成正比，

9、与截面积成反比，还与材料的导电能力有关。 或 其中 为电阻率， 为电导率。 （5）电导：表示元件的导电能力，是电阻的倒数，用 G 表示， 单位为西门子（ S ）。 （6）电阻与温度的关系： PTC 电阻材料：正温度系数较大，具有非常明显的冷导体特性，可用来制作小功率恒温发热器。 NTC 电阻材料：负温度系数较大，具有非常明显的热导体特性，可用来制作热敏电阻。 二、欧姆定律：反映电阻、元件上电压和电流约束关系 1 描述：对于线形电阻元件，在任何时刻它两端的电压与电流成正比例关系，即 或 电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。 2 功率的计算公式：根据欧姆定律可以推导出功率与

10、电阻的关系式为： 3 表达：在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向，如图 下图（ b ）和（ c ）欧姆定律的表达式为： 或 。 课外作业：电阻中的电流随两端电压而变化。如果电阻为5，作出电流随电压变化的曲线。电阻增大时，如增大到10，曲线将如何变化?电阻减少时，如减小到2.5，曲线又将如何变化?小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容电压源和电流源课时2课时教学目标1掌握电压源和电流源的概念。 2掌握电压源和电流源的等效转换。教学重点电压源和电流源的等效转换。教学难点电压源和电流源的等效转换。教学过程引入新课：把其它形式的能转换成电能的装置称为有源元件，可以采

11、用两种模型表示，即电压源模型和电流源模型。授新课一、电压源 1理想电压源（恒压源） （1）符号： （2）特点：无论负载电阻如何变化，输出电压即电源端电压总保持为给定的US或us(t)不变，电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻为 0 。 例 1-3 ： 如图 1-5:U S =10V 解：如图 1-5 电压源 则当 R 1 接入时 ： I =5A 当 R 1 、 R 2 同时接入时： I =10A (3) 特性曲线 2实际电压源 （1）符号： （2）特点：由理想电压源串联一个电阻组成，R S称为电源的内阻或输出电阻，负载的电压 U =USIRS，当RS=0时，电压源模型就变成恒压

12、源模型。 （3）特性曲线 二、 电流源 1理想电流源（恒流源）(1)符号: (2)特点：无论负载电阻如何变化，总保持给定的Is 或i s (t) ，电流源的端电压由外电路决定，输出功率可以无穷大，其内阻无穷大。 （3）特性曲线 图1-6 电流源 2实际电流源 （1）符号： （2）特点：由理想电流源并联一个电阻组成，负载的电流为 I = I S U ab / R S ，当 内阻 R S = 时，电流源模型就变成恒流源模型。 （3）特性曲线： 3恒压源和恒流源的比较 三、电压源与电流源的转换 1特性：电压源可以等效转换为一个理想的电流源I S 和一个电阻R S 的并联，电流源可以等效转换为一个理想

13、电压源U S 和一个电阻R S 的串联。即转换公式：U S =R S *I S 2注意：（1）转换前后U S 与I s 的方向，I s 应该从电压源的正极流出。（2）进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换，R S 不一定是电源内阻。 （3）恒压源和恒流源不能等效互换。 （4）恒压源和恒流源并联，恒流源不起作用，对外电路提供的电压不变。 恒压源和恒流源串联，恒压源不起作用，对外电路提供的电流不变。 （5）与恒压源并联的电阻不影响恒压源的电压，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；与恒流源串联的电阻不影响恒流源的电流，电阻可除去，不影响其它电路的计算结果；但在计算功率时电

14、阻的功率必须考虑。 （6）等效转换只适用于外电路，对内电路不等效。 课外作业：小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容基尔霍夫定理课时2课时教学目标掌握 基尔霍夫的两个定律教学重点基尔霍夫的电压定律和电流定律。教学难点基尔霍夫的电压定律和电流定律。教学过程引入新课：授新课一 与拓扑约束有关的几个名词支路 : 电路中没有分支的一段电路。 节点 : 三条或三条以上支路的汇集点，也叫节点。在同一支路内，流过所有元件的电流相等。 回路 : 电路中任一闭合路径都称回路。 图1-10网孔 : 回路平面内不含有其它支路的回路叫做网孔。如图 1-10 ：支路有 3 条，结点有 a 、 b 共 2 个，回

15、路有 3 个，网孔有 2 个。 如图 1-11 ：支路有 6 条，结点有 a 、 b 、 c 、 d 4 个，回路有 8 个，网孔有 3 个。 图1-11 图1-12二、基尔霍夫电流定律： 又叫节点电流定律，简称 KCL 1描述：电路中任意一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和，等于流出节点的电流之和。或：在任一电路的任一节点上，电流的代数和永远等于零。基尔霍夫电流定律依据的是电流的连续性原理。 如图 1-12 2公式表达：流入=流出，I= 0。当用第二个公式时，规定流入结点电流为正，流出结点电流为负。例图1-12 ：对于节点 A ，一共有五个电流经过：可以表示为 I 1 + I 3 =

16、I 2 + I 4 + I 5 或 I 1 + ( -I 2 ) + I 3 + ( -I 4 ) + ( -I 5 ) = 03广义结点：基尔霍夫电流定律可以推广应用于任意假定的封闭面。对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，该结点称为广义结点。即流进封闭面的电流等于流出封闭面的电流。如图1-13图 1-13 图1-14如图 1-14 ： 或 又如图 1-14 ： I 1 + I 2 - I 3 =0 或 I 1 + I 2 = I 3 图 1-15例 1-8 ： 已知图 1-15 中的 I C 1.5mA ， I E 1.54 mA ，求 I B ? 解：根据 KCL 可得 I B I C I

17、 E I B I E I C 1.54 mA 1.5 mA 0.04 mA 40 A 例 1-9 ：如图 1-16 所示的电桥电路，已知 I 1 = 25A, I 3 = 16mA, I 4 =12mA, 求其余各电阻中的电流。 1.先任意标定未知电流 I 2 、 I 5 、和 I 6 的参考方向。 2.根据基尔霍夫电流定律对节点 a,b,c 分别列出结点电流方程式： 图1-16a 点： I 1 = I 2 + I 3 I 2 = I 1 - I 3 = 25 -16 = 9mA b 点： I 2 = I 5 + I 6 I 5 = I 2 -I 6 = 9-(-4) = 13mA c 点：

18、I 4 = I 3 + I 6 I 6 = I 4 - I 3 = 12-16 = - 4mA 结果得出 I 6 的值是负的，表示 I 6 的实际方向与标定的参考方向相反。 三、基尔霍夫电压定律：又叫回路电压定律，简称KVL1描述：在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中各个元件上电压的代数和等于零。或各段电阻上电压降的代数和等于各电源电动势的代数和。2公式表达： U 0 或 RI= U S 图 1-173 注意：常用公式 RI= U S 列回路的电压方程： （1）先设定一个回路的绕行方向和电流的参考方向 看图1-17（2）沿回路的绕行方向顺次求电阻上的电压降，当绕行方向与电阻上的电流参考方向一致

19、时，该电压方向取正号，相反取负号。 （3）当回路的绕行方向从电源的负极指向正极时，等号右边的电源电压取正，否则取负。 例 1-9 ：试列写图1-17各回路的电压方程。对回路 1 ： 对回路 2 ： 对回路 3 ： 4 基尔霍夫电压定律的推广：基尔霍夫电压定律不仅可以用在网络中任一闭合回路，还可以推广到任一不闭合回路中。注意：电路中任意两点间的电压是与计算路径无关的 ,是单值的，所以,基尔霍夫电压定律实质是两点间电压与计算路径无关这一性质的具体表现。 课外作业：小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容电阻的串、并、混联及等效变换课时2课时教学目标待添加的隐藏文字内容31 掌握电阻串、并联特

20、点及串、并联时电压、电流、功率情况。 2 掌握对混联电路的化简。教学重点电阻串、并联时电流、电压、功率情况。 教学难点混联电路化简为一个等效电阻 教学过程引入新课：授新课一、电阻的串联图 2-1 电阻的串联 图2-1电阻串联电路的特点：1各元件流过同一电流 2外加电压等于各个电阻上的电压降之和。 分压公式： ； 。 功率分配：各个电阻上消耗的功率之各等于等效电阻吸收的功率，即： 3等效电阻：几个电阻串联的电路，可以用一个等效电阻 R 替代， 即： 4 功率：各个电阻上消耗的功率之和等于等效电阻吸收的功率。 二、电阻的并联 图2-2 电阻的并联 图2-2电阻并联电路的特点： (a) 各电阻上电压

21、相同； (b) 各分支电流之和等于等效后的电流，即 ； (c) 几个电阻并联后的电路，可以用一个等效电阻 R 替代，即 ； 特殊：两个电阻并联时， ， ， (d) 分流公式： ， (e) 功率分配： 负载增加，是指并联的电阻越来越多， R 并 越小，电源供给的电流和功率增加了。 例 ： 有三盏电灯并联接在 110V 电源上， UN 分别为 110V ， 100W 、 110V ， 60W 、 110V ， 40W ，求 P 总 和 I 总 ，以及通过各灯泡的电流、等效电阻，各灯泡电阻。 解： P 总 = =200W ； I 总 = ， ， 或 ， ， 三、电阻混联：串联和并联均存在。1、处理方

22、法：利用串、并联的特点化简为一个等效电阻 2、改画步骤： (a) 先画出两个引入端钮；（ b ）再标出中间的连接点，应注意凡是等电位点用同一符号标出） 图2-3 课外作业：求图1-41所示的电阻组合的等效电阻（已知R=2，R1=4）。小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容支路电流法课时1课时教学目标1 掌握支路电流法的概念 2 掌握运用支路电流法解题方法 教学重点支路电流法解题方法教学难点1 列独立的 KCL 方程独立的 KVL 方程 2 支路电流法解题方法 教学过程引入新课：授新课一、定义： 利用 KCL 、 KVL 列方程组求解各支路电流的方法。 二、解题步骤： 标出所求各支路电流

23、的参考方向（可以任意选定）和网孔绕行方向； 确定方程数，若有 b 条支路，则有 b 个 方程； 列独立的 KCL 方程（结点电流方程），若有 n 个 结点，则可列 (n-1) 个 独立的结点电流方程； 不足的方程由独立的 KVL 方程补足（回路电压方程），若有 m 个 网孔，就可列 m 个 独立的回路电压方程，且 m+(n-1)=b ； 联立方程组，求解未知量。 概念：独立回路：如果每一回路至少含有一条为其他已取的回路所没有包含的回路称为独立回路；网孔：中间不含任何其他支路的回路。独立回路不一定是网孔。 例 ： 如图所示电路，两个实际电压源并联后给负载 供电，已知 ， ， ， ， ，求各支路电

24、流、各元件的功率以及结点间电压。 解： （ 1 ）此电路有 2 个结点， 3 条支路， 2 个网孔，因此可以列 3 个方程，其中 1 个为独立的节点电流方程， 2 个为独立的回路电压方程。 （ 2 ）结点间电压为 （ 3 ）功率为： （供能） （耗能） （耗能）， （耗能） （耗能） 课外作业：小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容回路电流法课时1课时教学目标1 掌握网孔和回路的区别 2 掌握运用网孔电流法解题方法 教学重点自电阻和互电阻的概念/网孔电流法解题方法教学难点网孔电流法解题方法教学过程引入新课：授新课一、网孔电流法： 1 、与支路电流法比较：支路电流法对于支路数较多的电路，

25、计算不方便，而网孔数少于支路数，因此当支路数较多时，网孔电流法相对而言就显得方便简单些。 2 、定义：以假想的网孔电流为未知量，只用 KVL 列出独立网孔方程求解的方法。 图3-23 、验证：以下图电路为例 对于三个结点列节点电流方程得： 对于三个网孔，列回路电压方程得： 代入，得： 若假想每个网孔中有一个假想电流在流动，且是沿着网孔边界流动的电流，设为 、 和 ，则 ， ， ，则上式变为 则 假想的网孔电流 各支路电流。 根据已标的电流方向，可得 ， ， ， ， ， 课外作业：小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容正弦交流电的产生课时1课时教学目标1、知道正弦交流电的产生。2、理解交

26、流电的波形图教学重点正弦交流电的产生教学难点交流电的波形图教学过程引入新课：授新课一、交流电的产生照图1-23那样使矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动。观察电流表的指针，可以看出，指针随着线圈的转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次。这表明转动的线圈里产生了感应电流，并且感应电流的大小和方向都在随时间做周期性变化。这种大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交流电。下面研究交流电的变化规律。图1-24中标a的小圆圈表示线圈ab边的横截面，标d的小圆圈表示线圈cd边的横截面。假定线圈平面从与磁感线垂直的平面（这个面叫做中性面）开始，沿逆时针的方向匀速转动，角速度是，单位为rad/s（弧

27、度/秒）。经过时间t后，线圈转过的角度是t。这时，ab边的线速度v的方向与磁感线方向间的夹角也等于t。设ab边的长度l，磁场的磁感应强度是B，那么ab边中的感应电动势eabBlvsint，cd边中的感应电动势跟ab边中的大小相同，而且又是串联在一起，所以，这一瞬间整个线圈中的感应电动势e可用下式表示e=2Blvsin t当线圈平面转到与磁线平行的位置时，ab边和cd边的线速度方向都与磁感线垂直，即ab边和cd边都垂直切割磁感线，由于t/2，sint1，所以，这时的感应电动势最大，用Em来表示，即Em=Blv，代入上式得到e=Emsin t式中，e叫做电动势的瞬时值，Em叫做电动势的最大值。由上

28、式可知，在匀强磁场中匀速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的。如果把线圈和电阻组成闭合电路，则电路中就有感应电流。用R表示整个闭合电路的电阻，用i表示电路中的感应电流，那么i=，是电流的最大值，用Im表示，则电流的瞬时值可用下式表示 i=Imsin t 可见感应电流也是按正弦规律变化的。外电路中一段导线上的电压同样也是按正弦规律变化的。设这段导线的电阻为R，电压的瞬时值u为u=Ri= RImsin t式中，RIm是电压的最大最，用Um表示，所以u=Umsin t上述各式都是从线圈平面跟中性面重合的时刻开始计时的，如果不是这样，而是从线圈平面与中性面有一夹角时开始计时，如图1-25所示

29、，那么，经过时间t，线圈平面与中性面间的角度是t+，感应电动势的公式就变成e= Emsin(t+)电流和电压的公式分别变成i=Imsin(t+)u=Umsin(t+)这种按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电，简称交流电，它是一种最简单而又最基本的交流电。二、交流电的波形图交流电的变化规律也可以用波形图直观地表示出来。 从图1-26中可以看出，线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向就改变一次，因此，线圈转动一周，感应电动势和感应电流的方向改变两次，并且线圈转过一周，e和i的大小和方向都恢复到开始时的情况，在以后的转动中，e和i周期性地重复以前的变化。图1-27示出了交变电流i=Im

30、sin(t+)或交变电压u= Umsin(t+)的波形图，其中=/6。课外作业：照明用交流电的电压是220V，动力供电线路的电压是380V，它们的有效值、最大值各是多大？小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容表征交流电的物理量课时2课时教学目标理解交流电的频率、有效值和初相教学重点表征交流电的物理量教学难点相位和相位差教学过程引入新课：直流电的电压、电流是恒稳的，都不随时间而改变，要描述直流电，只用电压和电流这两个物理量就够了。交流电则不然，它的电压、电流的大小、方向都随时间做周期性的变化，比直流电复杂，因此，要描述交流电，需要的物理量就比较多。下面就来讨论表征交流电特点的物理量授新课

31、一、周期和频率交流电跟别的周期性过程一样，是用周期或频率来表示变化的快慢的。在图1-23所示的实验里，线圈匀速转动一周，电动势、电流都按正弦规律变化一周。交流电完成一次周期性变化所需的时间，叫做交流电的周期。周期通常用T表示，单位是s(秒)。交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做交流电的频率，频率通常用f表示，单位是Hz(赫)。根据定义，周期和频率的关系是T=或f=我国工农业生产和生活用的交流电，周期是0.02 s，频率是50 Hz，电流方向每秒改变100次。交流电变化的快慢，除了用周期和频率表示外，还可以用角频率表示。通常交流电变化一周可用2弧度或360来计量。那么，交流电每秒所变化的角度(

32、电角度)，叫做交流电的角频率，用表示，单位是rads(弧度/秒)。因为交流电变化一周所需要的时间是T，所以，角频率与周期、频率的关系是=2f二、最大值和有效值交流电的最大值(Im，Um)是交流电在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交流电的电流强弱或电压高低，在实际中有重要意义。例如，把电容器接在交流电路中，就需要知道交流电压的最大值，电容器所能承受的电压要高于交流电压的最大值，否则电容器可能被击穿。但是，在研究交流电的功率时，最大值用起来却不够方便，它不适于用来表示交流电产生的效果。因此，在实际工作中通常用有效值来表示交流电的大小。交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直

33、流电分别通过同样阻值的电阻。如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。例如，在同一时间内，某一交流电通过一段电阻产生的热量，跟3A的直流电通过阻值相同的另一电阻产生的热量相等，那么，这一交流电流的有效值就是3A。交流电动势和电压的有效值可以用同样的方法求确定。通常用E、U、I分别表示交流电的电动势、电压和电流的有效值。计算表明，正弦交流电的有效值和最大值之间有如下的关系：E=0.707EmU=0.707UmI=0.707Im我们通常说照明电路的电压是220 V，便是指有效值。各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值，一般交流电流表和交流电压

34、表测量的数值，也都是有效值。以后提到交流电的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值。三、相位和相位差从交流电瞬时值的表达式可以看出，交流电瞬时值何时为零，何时最大，不是简单地由时间t来确定，而是由t+来确定的。这个相当于角度的量t+对于确定交流电的大小和方向起着重要作用，叫做交流电的相位。是t=0时的相位，叫做初相位，简称初相。相位可以用来比较交流电的变化步调。两个交流电的相位之差叫做它们的相位差，用来表示。如果交流电的频率相同，相位差就等于初相之差，即=（t+）-（t+）=-这时相位差是恒定的，不随时间而改变。两个频率相同的交流电，如果它们的相位相同，即相位差为零，就称这两个交流电为同相的。它

35、们的变化步调一致，总是同时到达零和正负最大值，它们的波形图如图1-28(a)所示。两个频率相同的交流电，如果相位差为180，就称这两个交流电为反相的。它们的变化步调恰好相反，一个到达正的最大值，另一个恰好到达负的最大值；一个减小到零，另一个恰好增大到零。它们的波形图如图1-28（b）所示。图1-29表示两个频率相同的交流电，但初相不同，且。从图中可以看出，它们的变化步调不一致，e1比e2先到达正的最大值、零或负的最大值。这时说e1比e2超前，或者e2比e1滞后。有效值(或最大值)、频率(或周期、角频率)、初相是表征正弦交流电的三个重要物理量。知道了这三个量，就可以写出交流电瞬时值的表达式，从而

36、知道正弦交流电的变化规律，故把它们称为正弦交流电的三要素。四、交流发电机图1-23中所示的在磁场中旋转的线圈就是一个交流发电机的模型。实际的发电机，结构比较复杂，但发电机的基本组成部分仍是磁极和线圈（线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢）。电枢转动，而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。磁极转动，而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露着的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。同时，电枢可能占有

37、的空间受到很大限制，它的线圈匝数不可能很多，产生的感应电动势也不可能很高。这种发电机提供的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千到几万伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。所以，大型发电机都是旋转磁极式的。发电机的转子是由蒸汽轮机、水轮机或其他动力机带动的。动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能输送给外电路。课外作业：一正弦交流电的频率是50Hz，有效值是5A，初相是-,写出它的瞬时值表过式，并且画出它的波形图。小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容三相交流电源课时1课时教学目标熟悉三相交流电源的表达式、相量表示法、相量图教学重点三相交流电源的

38、表达式教学难点三相表达式、相量图教学过程引入新课：什么是三相交流电源呢?概括地说，三相交流电源是三个单相交流电源按一定方式进行的组合，这三个单相交流电源的频率相同、最大值相等、相位彼此相差120。授新课一、三相交流电动势的产生 三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。图1-30(a)是一台最简单的三相交流发电机的示意图。和单相交流发电机一样，它由定子(磁极)和转子(电枢)组成。发电机的转子绕组有U1U2，V1V2，W1W2三个，每一个绕组称为一组，各相绕组匝数相等、结构相同，它们的始端(U1、V1、W1)在空间位置上彼此相差120，它们的末端(U2、V2、W2)在空间位置上也彼此相差120，当

39、转子以角速度逆时针方向旋转时，由于三个绕组的空间位置彼此相隔120。各相电动势的瞬时值表达式则为e1=Emsint e2= Emsin(t-120) e3= Emsin(t+120)这样的三个电动势叫对称三相电动势。它们的波形图，如图1-30(b)所示。三个电动势到达最大值(或零)的先后次序叫相序，上述的三个电动势的相序是第一相(U相)第二相(V相)第三相(W相)，这样的相序叫正序，由波形图可知，三相对称电动势在任一瞬间的代数和为零，即e1e2e30二、三相电源的连接三相发电机的每一个绕组都是独立的电源，均可单独给负载供电，但这样供电需用六根导线。实际上，三相电源是按照一定的方式连接之后，再向

40、负载供电的，通常采用星形联结方式。图1-31将发电机三相绕组的末端U2、V2、W2连接在一点，始端U1、V1、W1分别与负载相连，这种连接方法就叫做星形联结。如图1-31所示。图中三个末端相连接的点称为中性点或零点，用字母“N”表示，从中性点引出的一根线叫做中性线或零线。从始端U1、Vl、Wl引出的三相线叫做端线或相线，因为它与中性线之间有一定的电压，所以，俗称火线。由三根相线和一根中性线所组成的输电方式称为三相四线制(通常在低压配电中采用)；只由三根相线所组成的输电方式称为三相三线制(在高压输电工程中采用)。每相绕组始端与末端之间的电压(即相线和中性线之间的电压)叫相电压，它的瞬时值用ul、

41、u2、u3来表示，通用符号用up表示。任意两相始端之间的电压(即相线和相线之间的电压)叫线电压，它的瞬时值用u12、u23、u3l来表示，通用符号用uL表示。当发电机绕组作星形联结时，三个相电压和三个线电压均为三相对称电压，各线电压的有效值为相电压有效值的倍，而且各线电压在相位上比各对应的相电压超前30。通常所说的380V、220V电压，就是指电源成星形联结时的线电压和相电压的有效值。课外作业：小结课程名称电工技术基础课程类型理论课授课内容三相负载的连接课时2课时教学目标1、 知道负载星形连结中各量的关系2、 知道三角形连结中各量的关系教学重点两种连结方式的特点教学难点各量的关系教学过程引入新

42、课：平时所见到的用电器统称为负载，负载按它对电源的要求又分为单相负载和三相负载。单相负载是指只需单相电源供电的设备，如电灯、电炉、电烙铁等。三相负载是指需要三相电源供电的负载，如三相异步电动机、大功率电炉等。在三相负载中，如果每相负载相等，这样的负载称为三相对称负载。因为使用任何电气设备，都要求负载所承受的电压应等于它的额定电压，所以，负载要采用一定的连接方法，来满足负载对电压的要求。在三相电路中，负载的连接方法有两种：星形联结和三角形联结。授新课一、负载的星形联结 图1-32所示是三相四线制电路，其线电压为380 V，相电压为220 V。负载如何连接，应视其额定电压而定。通常单相负载的额定电

43、压是220 V，因此，要接在相线和中性线之间。因为电灯负载是大量使用的，不能集中在一相电路中，应把它们平均地分配在各相电路之中，使各相负载尽量平衡，电灯的这种接法称为负载的星形联结。图1-33三相负载作星形联结时的电路图。从图上可看出。若略去输电线上的电压降，则各相负载的相电压就等于电源的相电压。因此，电源的线电压为负载相电压的倍，即UL=YP式中，UYP表示负载星形联结时的相电压。三相电路中，流过每根相线的电流叫线电流，即Il，I2，13，一般用IYL表示，其方向规定为电源流向负载；而流过每相负载的电流叫相电流，一般以IYP表示，其方向与相电压方向一致；流过中性线的电流叫中性线电流，以IN表

44、示，其方向规定为由负载中性点N流向电源中性点N。显然，在星形联结中，线电流等于相电流，即IYL=IYP若三相负载对称，因各相电压对称，所以各负载中的相电流相等，即I1=I2= I3= IYP同时，由于各相电流与各相电压的相位差相等1=2=3=p所以，三个相电流的相位差也互为120。三相电流的和为零，即i1+ i2+ i3=0由基尔霍夫第一定律可得iN= i1+ i2+ i3所以，三相对称负载作星形联结时，中性线电流为零。中性线上没有电流流过，故可省去中性线，此时并不影响三相电路的工作，各相负载的相电压仍为对称的电源相电压，这样三相四线制就变成了三相三线制。当三相负载不对称时，各相电流的大小就不相等，相位差也不一定是120，因此，中性线电流就不为零，此时中性线绝不可断开。因为当有中性线存在时，它能使作星形联结的各相负载，即使在不对称的情况下，也均有对称的电源相电压，从而保证了各相负载能正常工作；如果中性线断开，各相负载的电压就不再等于电源的相电压，这时，阻抗较小的负载的相电压可能低于其额定电压，阻抗较大