城市轨道交通电工电子技术 第2版 教案 项目二 正弦交流电路

教师课时授课计划教师所在部门：机电系学期授课计划的授课顺序号：15授课日期授课班级电技1401电技1402课程名称：电工电子技术本次课的章节标题：2.1正弦交流电的基本知识2.2正弦交流电路的分析和运算本次授课目的与要求:目的：1.理解并掌握正弦交流电的三要素。2.能写出解析式、画出波形图、比较相位关系。新课教法选择：讲授法、练习法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：角频率、最大值和有效值、初相位解决措施：数形结合，练习数学知识。日常考核对象与评价：复习旧课要点：（0分钟）新课引入要点：（3分钟）交流电巩固新课要点：（5分钟）三要素及相应公式课外作业（或复习题）习题本课小结与改进措施任课教师：教研室主任审阅：年月日年月日2.1正弦交流电的基本知识2.2正弦交流电路的分析和运算引入：1、随时间按正弦规律发生变化的交流电称为正弦交流电。2、交流电与直流电相比有三个主要优点：第一，交流电可以用变压器改变电压，便于远距离输电。第二，交流电机比相同功率的直流电机构造简单，造价低。第三，可以用整流装置，将交流电变换成所需的直流电。所以，实际中广泛应用交流电。3、在交流电路中，随时间变化的量用小写字母表示，不随时间变化的量用大写字母表示。内容：一、正弦交流电的周期、频率和角频率1、周期：完成一次周期性变化所需用的时间叫做周期，用T表示，其单位是秒（s）。2、频率：交流电在单位时间内（1s）完成周期性变化的次数叫做频率，用字母f表示，其单位是赫兹，符号为Hz。此外频率还有常用单位千赫（kHz）和兆赫(MHz)：显然，周期和频率之间有倒数关系我国发电厂发出交流电的频率都是50Hz，习惯上称之为“工频”。3、角频率：单位时间内电角度的变化量叫做角频率，用字母ω表示，其单位是弧度每秒，符号为rad/s。显然，角频率和周期、频率有如下关系交流电的有效值交流电和直流电具有不同的特点，但是从能量转换的角度来看，两者是可以等效的。为此，引入一个新的物理量——交流电的有效值。一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻，如果通电的时间相等，在电阻上产生的热量也相等，那么直流电的数值就叫做交流电的有效值。其用大写字母来表示。理论和实验表明，正弦交流电的有效值与最大值的关系如下：有效值和最大值是从不同角度反映交流电强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，如不作特殊说明都是指有效值。（2）在选择电器的耐压时，必须考虑电压的最大值。三、相位和相位差1、相位：任意t时刻，发电机线圈平面与中性面的夹角叫做交流电的相位。当t=0时的相位，即叫做初相位，它反映了正弦交流电起始时刻的状态。相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映正弦交流电的变化趋势。2、相位差：两个同频率正弦交流电，任意瞬间的相位之差就叫做相位差，用符号表示。即显然，两个同频率正弦交流电的相位差，就是它们的初相之差。其与时间无关。相位差的作用是判断两个同频率正弦交流电之间的相位关系，具体判断方法如下：＞0时，叫做超前＜0时，叫做滞后=0时，叫做同相=180时，叫做反相=90时，叫做正交1、电阻元件1．电压与电流关系瞬时值关系：数值关系：最大值关系；有效值关系相位关系：同相相量关系2．电阻元件的功率瞬时功率注：电阻元件在每一瞬间都消耗电能，所以电阻元件是耗能元件。平均功率举例说明，课堂布置练习电感元件1．电压与电流关系：瞬时值关系：数值关系：最大值关系：有效值关系：感抗：感抗XL与L和ω成正比，“阻交流、通直流，阻高频、通低频”相位关系：电压超前电流90°。相量关系：即：相量图2．功率（1）瞬时功率电感元件在不断地与电源交换电能，所以电感元件是储能元件。（2）有功功率P（平均功率）：瞬时功率在一个周期内的平均值。（电感元件不消耗电能）（3）无功功率单位为“乏”（var）,工程中也常用“千乏”（kvar）河北轨道运输职业技术学院教师课时授课计划教师所在部门：学期授课计划的授课顺序号：6授课日期授课班级课程名称：电工电子技术本次课的章节标题：2.3RLC串联电路2.4电路中的谐振本次授课目的与要求:了解电阻、电感元件在正弦交流电路中作用及相量模型；熟悉电阻、电感元件伏安特性和理解电抗的概念；新课教法选择：讲授法、练习法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：电阻、电感元件的伏安特性及功率情况。难点：电抗概念和无功功率概念的理解。日常考核对象与评价：复习旧课要点：（3分钟）正弦交流电的表示方法。新课引入要点：（3分钟）电阻元件的伏安特性。巩固新课要点：（5分钟）巩固纯电阻、纯电感、纯电容电路的特点。课外作业（或复习题）习题本课小结与改进措施任课教师：教研室主任审阅：年月日年月日2.3RLC串联电路2.4电路中的谐振一、RLC串联电路R、L、C串联电路如图2-5所示，设各元件电压的参考方向均与电流关联，用相量表示电压与电流之间的关系，则为U式中R+j（XL-XC）称为电路的阻抗，用大写Z表示，阻抗模，用│Z│表示，即Z=φ=二、RLC串联电路端电压与电流的大小关系1.XL>XC，则UL>UC,电压比电流超前φ，电路呈电感性，称电感性电路。2.XL<XC,则UL<UC,电压比电流滞后φ，电路呈电容性，称电容性电路。3.XL=XC,则UL=UC,电压和电流同相，电路呈电阻性，称电阻性电路。三、功率RLC串联电路中，存在着有功功率P、无功功率QC和QL，它们分别为1.有功功率2.无功功率3.视在功率（电压与电流有效值的乘积）S=P2+Q2四、谐振谐振是指电容和电感元件的线性无源二端网络对某一频率的正弦激励（达到稳态时）所表现的端口电压与电流同相的现象。谐振电路分为串联谐振电路和并联谐振电路。五、串联谐振的条件Z=R+j式中，感抗XL=ωL，容抗XC=1ωc，电抗X=XL-XC阻抗角ΨZ=arctgXR均为电源角频率ω所以电路谐振时应满足,X=0,XL=XC。三、串联谐振的频率、电路的固有频率ω0=或f0=2.5三相交流电源2.6三相负载三相交流发动机的结构如下图所示（相学生展示电机实物）让学生通过观察回答电机的结构情况；电动机的三相绕组各相匝数相等、结构相同，始端在空间位置上也相差1200。当转子以角速度ω逆时针方向旋转时，由于三个绕组的空间位置彼此相隔1200，所以，当第一相电动势到最大值，第二相转过1/3周后,其电动势才能达到最大值，也就是第一相电动势超前第二相电动势1200相位;同样,第二相电动势超前第三相电动势1200相位,第三相电动势超前第一相电动势1200相位。有上可知；三相交流电源是三个单相交流电源按规定方式进行的组合，这三个单相交流电源的幅值相等、频率相同、相位互差p(120°)讲授新课：一、三相电动势的产生振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120°的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为第一相(U相)电动势：e1=Emsin(wt)第二相(V相)电动势：e2=Emsin(wt-120°)第三相(W相)电动势：e3=Emsin(wt+120°)三相电动势达到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。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），这样的相序叫正序或顺相序；反之，称为负相序或逆相序。相序是一个十分重要的概念，为使电力系统能够安全可靠地运行，通常统一规定技术标准，一般在配电盘上用黄色标出U相，用绿色标出V相，用红色标出W相。二、三相电源的连接三相发动机的每一个绕组都是独立的电源，均可单独给负载供电，但这样需要六根线供电。实际上，三相电源是按照一定的方式连接之后，再向负载供电的，有星形(亦称Y形)接法和三角形(亦称D形)接法两种。通常采用星形接法。从三相电源三个相头U1、V1、W1引出的三根导线叫作端线或相线，俗称火线；Y形公共联结点N叫作中点，从中点引出的导线叫做中线或零线；由三根相线和一根中线组成的输电方式叫做三相四线制(通常在低压配电中采用)。1、振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120°的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为第一相(U相)电动势：e1=Emsin(wt)第二相(V相)电动势：e2=Emsin(wt-120°)第三相(W相)电动势：e3=Emsin(wt+120°)且e1+e2+e3=02、三相电源的星形(Y形)接法时三个线电压是对称的。大小(有效值)均为U12=U23=U31=UL=UP；线电压比相应的相电压超前30°。设三相电源的相电压为U，当电源采用星形接法时，请同学们写出三相相电压和线电压的解析式并画出它们的向量图。三、负载Y形联结三相负载Y联接的特点：1)负载端的线电压＝电源线电压。2)负载的相电压＝电源相电压。3)三相负载星形连接时，线电流＝相电流。I△L=I△P4)电源的线电压是相电压的倍，负载的线电压是相电压的倍，线电压超前相电压。U△L=UP四、负载△联结将三相负载分别连接到三相电源的两根相线之间，这种连接方式称为三相负载的三角形联结。每相负载都直接连接在两根相线之间，因此，负载的相电压与电源的线电压相等。UP=UL(2-6-3)当三相负载对称时，即各相负载完全相同，相电流和线电流也一定对称。负载的相电流为线电流IL等于相电流IP的倍，即河北轨道运输职业技术学院教师课时授课计划教师所在部门：学期授课计划的授课顺序号：7授课日期授课班级课程名称：电工电子技术本次课的章节标题：2.5三相交流电源2.6三相负载本次授课目的与要求:了解三相交流电产生的原理及三相电的特点。掌握三相四线制电源的线电压，相电压及它们的关系。新课教法选择：讲授法、练习法、引导、点拨法（展开联想、拓展思路）、讨论法（积极参与、总结规律）新课难点、重点与解决措施：重点：三相电路线电