职中《汽车电工电子基础》教案

《汽车电工电子技术基础》课程教学计划本学期《汽车电工电子基础》是汽车运用与维修专业的一门专业课程。此教材在编写时，紧密的结合汽车用电的实际情况，文字简练,深入浅出，可读性强.根据本学期汽18班的特点特制定本学期教学计划一、学生基本情况分析汽18班系一年级学生，刚进入职业教育系统，汽车电工电子基础这门专业课对他们来说是一门全新的课程。他们物理基础知识一般,这就使他们在学习这门专业课上，所表现出的难度和积极主动性较差，故本学期重点激发学生对这门课程的学习兴趣并学好基础知识。二、教学目的和要求目的：以大纲为导向，讲解汽车电工电子的基础知识,着重应用于汽车某一领域。要求：1、以项目驱动为主线，工作任务学习为节点；2、通过练习，提高学生们的解决电路问题的动手能力。三、教学重点、难点重点：1、掌握电路基本物理量串、并、混联电路。2、掌握复杂电路的分析计算。3、了解正弦交流电路及基本物理量。4、掌握交流电路的分析与计算。难点：1、了解半导体元件的基本知识明及基本性能。2、了解整流与稳压基本内容。3、了解晶体管放大电路的基本计算与分析方法。4、了解数字电路基本知识。5、了解电控基本知识。四、提高教学效果的措施1、以项目驱动方式进行教学，明确工作任务，有针对性；2、以知识模块为节点,讲、解、练有机结合，任务内容有序讲解与实践绘图相统一。3、督促学生们形成良好的复习和预习习惯。五、教学进度分六大项目来进行，即:序号项目号内容课时1项目一电路基本物理量串、并、混联电路242项目二复杂电路的分析计算163项目三正弦交流电路及基本物理量164项目四交流电路的分析与计算125项目五半导体元件的基本知识明及基本性能126项目六7项目七8910技能测试4总课时84授课班级汽18授课教师屈伟授课地点汽18教室项目一电路基本物理量串、并、混联电路课时30任务1电路基本物理量课时10参照教材教学目标1、能认识常见的电子元件的符号；2、能知道电路的基本结构；3、能知道电路基本物理量及其含义.教学重点1、熟记常见的电子元件的符号；2、电路的基本结构。教学难点1、电路基本物理量及其含义。教学阶段及时间分配教学准备10分钟复习提问引入新内容16分钟学习新内容374分钟小结反馈50分钟教学方法和方式讲授法、演示法、现场实操教学工具多媒体教学过程具体教学进程如下一、教学准备，安全至上1、检查、记录学生出勤情况；2、督促学生检查工具、设备等.二、复习提问，引入内容电路是如何组成的？三、具体教学，层层推进本任务着重讲解电路的基本结构、常见的电子元件的符号识别、电路的基本物理量。分为2个具体内容：内容一：电路的基本结构(2课时）一、电路:1.电路及其组成电路：电流流通的路径电路的组成：电源、开关、负载和导线。2.电路图用电气符号描述电路连接情况的图，称电路原理图，简称电路图。3。电路的功能进行能量的转换、传输和分配电能的传输示意图实现信息的传递和处理扩音机电路示意图二、电气简图的常用符号书上P2表格。内容二:电路的基本物理量（8课时）一、电流1．电流的形成电荷的定向移动形成电流，移动的电荷又称载流子。2．电流的方向习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向，因此电流的方向实际上与电工移动的方向相反。在分析和计算较为复杂的直流电路时,经常会遇到某一电流的实际方向难以确定的问题,这时可先任意假定电流的参考方向，然后根据电流的参考方向列方程求解.如果计算结果I>0,表明电流的实际方向与参考方向相同;如果计算结果I<0,表明电流的实际方向与参考方向相反。3．电流的大小在单位时间内，通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强。若在t时间内通过导体横截面的电荷量是Q，则电流I可用下式表示：式中,I、Q、t的单位分别为A、C、s。4．电流的测量（1）对交、直流电流应分别使用交流电流表和直流电流表测量。（2)电流表必串接到被测量的电路中。（3）直流电流表表壳接线柱上标明的“+”、“－”记号，应和电路的极性相一致，不能接错,否则指针要反转，既影响正常测量，也容易损坏电流表。本次课主要介绍了:电流电压的基础知识，首先说明了电路的构成和电气符号,接着具体的说明了：电流的形成,量纲，测量等内容。P231、2二、电压、电位和电动势1．电压电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功,称为a、b两点间的电压，用Uab表示。电压单位的名称是伏特，简称伏,用V表示。2．电位电路中某一点与参考点之间的电压即为该点的电位。电路中任意两点之间的电位差就等于这两点之间的电压，即Uab=Ua－Ub，故电压又称电位差.电路中某点的电位与参考点的选择有关，但两点间的电位差与参考点的选择无关。3．电动势电源将正电荷从电源负极经电源内部移到正极的能力用电动势表示,电动势的符号为E，单位为V。电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。对于一个电源来说,既有电动势,又有端电压.电动势只存在于电源内部;而端电压则是电源加在外电两端的电压，其方向由正极指向负极。4。电压的测量（1）对交、直流电压应分别采用交流电压表和直流电压表测量。（2）电压表必须并联在被测电路的两端。（3)直流电压表表壳接线柱上标明的“+"“－”记号，应和被测两点的电位相一致，即“+"端接高电位，“－”端接低电位，不能接错，否则指针要反转,并会损坏电压表。电阻与电阻率1、电阻的概念(1）电阻导体的电阻是导体本身的一种性质。它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，可按下式计算：式中ρ称为材料的电阻率，电阻率的大小反映了物体的导电能力。电阻率小、容易导电的物体称为导体，电阻率大,不容易导电的物体称为绝缘体，导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体。(2)电导率电阻率的倒数称为电导率，单位为西门子，它表示电流通过的难易程度,其数值越大，表示电流越容易通过。2、电阻与温度的关系各种材料的电阻率都随温度而变化。利用某些材料对温度的敏感特性，可以制成热敏电阻。电阻值随温度升高而减小的热敏电阻称为负温度系数的热敏电阻；电阻值随温度升高而增大的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻。3、用万用表测量电阻测量时注意以下几点：(1）准备测量电路中的电阻时应先切断电源，切不可带电测量。（2）首先估计被测电阻的大小,选择适当的倍率挡，然后调零，即将两支表笔相触，旋动调零电位器，使指针指在零位。（3）测量时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分，以免接入人体电阻，引起测量误差.（4）测量电路中某一电阻时,应将电阻的一端断开。三、举例练习P5（包括练习册上内容)四、小结反馈本次课为上次课程的承继，继续深入讲解了：电阻、电位、电压、电动势的概念,重点强调了它们之间的区别，最后以习题的形式进行巩固。五、作业见习题集授课班级汽18授课教师屈伟授课地点汽18教室项目一电路基本物理量串、并、混联电路课时30任务2电阻的串、并、混联电路课时20参照教材教学目标1、能知道欧姆定律的含义；2、能知道电阻的串、并、混联电路的相关计算.教学重点1、欧姆定律的含义和相关计算;2、电阻的串、并、混联电路的相关计算。教学难点1、电阻的串、并、混联电路的相关计算。教学阶段及时间分配教学准备20分钟复习提问引入新内容32分钟学习新内容748分钟小结反馈100分钟教学方法和方式讲授法、演示法、现场实操教学工具多媒体教学过程具体教学进程如下一、教学准备,安全至上1、检查、记录学生出勤情况；2、督促学生检查工具、设备等。二、复习提问,引入内容电路中电阻、电压、电流之间有什么联系？三、具体教学,层层推进本任务着重讲解欧姆定律、电阻的串、并、混联电路.分为2个具体内容：内容一：欧姆定律（6课时）一、部分电路欧姆定律只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路。内容:导体中的电流，与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比.公式：当电压与电流的参考方向关联时,当电压与电流的参考方向非关联时,如果以电压为横坐标,电流为纵坐标，可画出电阻的U/I关系曲线，即伏安特性曲线。电阻元件的伏安特性曲线是直线时，称为线性电阻，其电阻值可认为是不变的常数。如果不是直线，则称为非线性电阻.二、全电路欧姆定律全电路是含有电源的闭合电路。电源内部的电路称为内电路。电源内部的电阻称为内电阻，简称内阻。电源外部的电路称外电路,外电路中的电阻称为外电阻。内容： 闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路的总电阻(内电路电阻与外电路电阻之和)成反比. 公式：全电路欧姆定律又可表述为:电源电动势等于U外和U内之和.三、电源的外特性电源端电压U与电源电动势E的关系为:U=E－Ir可见，当电源电动势E和内阻r一定时，电源端电压U将随负载电流I的变化而变化.电源端电压随负载电流变化的关系特性称为电源的外特性，其关系特性曲线称为电源的外特性曲线.四、小结反馈本次课首先介绍了:部分电路欧姆定律包括电流电压之间的关系，接着重点讲解了全电路欧姆定律的运用，以及电源的外特性.五、作业见习题集内容二：电阻的串、并、混联电路（14课时）一、电阻的串联把多个元件逐个顺次连接起来，就组成了串联电路.电阻串联电路的特点(1)电路中流过每个电阻的电流都相等。（2）电路两端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即 U=U1＋U2＋…＋Un电阻串联电路的特点电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即 R=R1＋R2＋…＋Rn电阻串联电路的特点电路中各个电阻两端的电压与它的阻值成正比,即上式表明，在串联电路中，阻值越大的电阻分配到的电压越大；反之电压越小。电阻串联电路的特点若已知R1和R2两个电阻串联，电路总电压为U，可得分压公式如下图所示二、电阻串联电路的应用a.获得较大阻值的电阻b.限制和调节电路中电流c。构成分压器d。扩大电压表量程三、电池的串联当用电器的额定电压高于单个电池的电动势时，可以将多个电池串联起来使用，称串联电池组。设串联电池组是由n个电动势都是E，内阻都是r的电池组成，则串联电池组的总电动势串联电池组的总内阻串联电路的特点。特殊串联电路形式:电池的串联。二、并联电路把多个元件并列地连接起来,由同一电压供电,就组成了并联电路。电阻并联电路的特点（1）电路中各电阻两端的电压相等，且等于电路两端的电压。（2）电路的总电流等于流过各电阻的电流之和,即（3）电路的等效电阻(即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和,即（4）电路中通过各支路的电流与支路的阻值成反比，即上式表明,阻值越大的电阻所分配到的电流越小，反之电流越大.电阻并联电路的特点若已知和两个电阻并联，并联电路的总电流为I,可得分流公式如下:二、电阻并联电路的应用(1）凡是额定工作电压相同的负载都采用并联的工作方式。这样每个负载都是一个可独立控制的回路,任一负载的正常启动或关断都不影响其他负载的使用。（2）获得较小阻值的电阻。（3）扩大电流表的量程.三、电池的并联有些用电器需要电池能输出较大的电流，这时可用并联电池组设并联电池组是由n个电动势都是E,内阻都是r的电池组成,则并联电池组的总电动势并联电池组的总内阻电阻并联电路特点及运用。一种特殊的并联电路：电池并联电路.三、混联电路电路中元件既有串联又有并联的连接方式称为混联。对于电阻混联电路的计算，只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可,但对于某些较为复杂的电阻混联电路,比较有效的方法就是画出等效电路图，然后计算其等效电阻。图中R1=R2=R3=2Ω，R4=R5=4Ω，试求A、B间的等效电阻RAB。解：1.按要求在原电路中标出字母C，如下左图所示。2。将A、B、C各点沿水平方向排列，并将R1—R5依次填入相应的字母之间。R1与R2串联在A、C间，R3在B、C之间，R4在A、B之间，R5在A、C之间，即可画出等效电路图，如上右图所示。3。由等效电路可求出AB间的等效电阻,即：P31除上述方法外,其他的方法还有利用电流的流向及电流的分、合,画出等效电路图方法；利用电路中各等电位点分析电路，画出等效电路等。无论哪一种方法，都是将不易看清串、并联关系的电路，等效为可直接看出串、并联关系的电路，然后求出其等效电阻.灯泡A的额定电压U1=6V,额定电流I1=0.5A；灯泡B的额定电压U2=5V，额定电流I2=1A。现有的电源电压U=12V，如何接入电阻使两个灯泡都能正常工作？解：利用电阻串联的分压特点，将两个灯泡分别串上R3与R4再予以并联,然后接上电源,如右图所示.下面分别求出使两个灯泡正常工作时，R3与R4的额定值。（1）R3两端电压为:R3的阻值为:R3的额定功率为：所以，R3应选12Ω/3W的电阻。(2)R4两端电压为：R4的阻值为：R4的额定功率为: P4=U4I2=7×1=7W 所以,R4应选7Ω/7W的电阻。混联电路上功率关系是：电路中的总功率等于各电阻上的功率之和。四、小结反馈本次课主要是通过两个具体的例子,说明混联电路的特点，和几种重要的解题过程：等效电路法，和电源等效法.五、作业见习题集授课班级汽18授课教师屈伟授课地点汽18教室项目一三相交流电路课时16任务1三相交流电路的基本知识课时8参照教材教学目标1、掌握三相交流电的特点及星形联接和三角形联接时的基本关系2、正确描述相电压、相电流、线电压、线电流等概念教学重点能解决三相对称负载的星形、三角形联接问题会分析简单的三相电路并计算三相电功率教学难点1、会用万用表的交流电压挡测量相电压、线电压的数值教学阶段及时间分配教学准备20分钟复习提问引入新内容36分钟学习新内容424分钟小结反馈60分钟教学方法和方式讲授法、演示法、现场实操教学工具多媒体教学过程具体教学进程如下一、教学准备，安全至上1、检查、记录学生出勤情况；2、督促学生检查工具、设备等.二、复习提问，引入内容汽车中有没有遇到过三相交流电?三、具体教学，层层推进本任务着重讲解三相交流电路的基本知识和分析简单的三相电路并计算三相电功率。分为2个具体内容：内容一：三相交流电路的基本知识（8课时）1三相交流电路工业及民用交流电的产生、输送、分配几乎全部采用三相制。1．三相交流电三相交流电动势是由三相交流发电机产生的.图2-17是三相交流发电机的原理示意图.三组完全相同的线圈U1—U2，V1—V2，W1-W2(定子电枢绕组）放置在彼此间隔120°的发电机定子铁心凹槽里固定不动。转子铁心上绕有励磁绕组，通人直流电后产生磁场，该磁场磁感应强度在定子与转子之间的气隙中按正弦规律分布。当转子由原动机带动，并以角速度ω匀速顺时针旋转时，每个定子绕组（称相)依次切割磁力线产生频率相同、幅值相同的正弦电动势eU、eV、eW，但相位角依次相差120°，以U相为参考表示为用相量表示：图2-17图2-17三相交流发电机的原理示意图1-定子绕组2-定子铁心3-磁极(转子)4-励磁绕组a)波形图b）相量图图2-18三相电动势的正弦波形图及相量图波形图和相量图如图2—18所示，三相交流电达到最大值的先后顺序称为相序，图中的相序为U—V—W。三相电动势的幅值相等，频率相同，彼此间的相位差也相等，这种电动势称为对称电动势。显然他们的瞬时值之和或相量之和均为0。 2．三相绕组的联接通常用到的发电机三相绕组的接法通常如图（2-19a）所示,即将三个末端联在一起，这一连接点称为中点或零点,用N表示.这种联接方法称为星形连接。从中点引出的导线称为中线，从始端A、B、C引出的三根导线L1、L2、L3称为相线或端线,俗称火线。a）发电机三相绕组的接法;b）发电机三相电压相量图图2—19发电机的星形连接及其电压相量图在图（2-19a)中，每相始端与末端间的电压，亦即火线与中线间的电压，称为相电压，其有效值用UA、UB、Uc或一般地用UP表示。而任意两始端间的电压,亦即两火线间的电压，称为线电压，其有效值用UAB、UBC、UCA或一般地用Ul表示。各项电动势的正方向，如前所述，选定为自绕组的末端指向始端，相电压的正方向选定为自末端指向始端(中点）;线电压的正方向，例如UAB是指A端指向B端,即端线L1与L2之间的电压。当发电机的绕组联成星形时，相电压和线电压显然是不相等的.现在来确定它们之间的关系,在图（2-19b)中,A、B两点间的电压的瞬时值等于A相电压和B相电压之差，即UAB＝UA－UB同理得到UBC＝UB－UcUCA＝Uc－UA由于发电机绕组上的内阻抗电压降低与相电压比较是很小的,可以忽略不计.于是相电压和对应的电动势基本上相等，因此可以认为相电压同电动势一样，也是对称的，故由相电压而得出的线电压也是对称的，在相位上比相应的相电压越前30°。至于线电压和相电压在大小上的关系也很容易从相量图上得出Ul＝UPcos30°＝UP由此得Ul＝UP(2-51）发电机（或变压器）的绕组在联成星形时,可引出四根导线（三相四线制），这样就有可能给予负载两种电压。通常在低压配电系统中相电压为220V,线电压为380V。发电机（或变压器)的绕组在联成星形时，不一定都引出中线。3三相负载的联接方法日常使用的各种电器根据其特点可分为单相负载和三相负载两大类。照明灯、电扇、电烙铁和单相电动机等都属于单相负载。三相交流电动机、三相电炉等三相用电器属于三相负载。另外分别接在各相电路上的三组单相用电器也可以组成三相负载。三相负载的阻抗相同（数值相等,性质一样)则称为三相对称负载，反之称为不对称负载。三相负载有Y形和△形两种联接方法，各有其特点，适用于不同的场合，应注意不要搞错，否则会酿成事故。1．三相对称负载的Y形联接该电路的基本联接方法如图2—29a）所示，三相交流电源(变压器输出或交流发电机输出）有三根火线接头A、B、C，一根中性线接头N。火线与中性线之间的相电压为220V。对于三相对称负载，只需接三根火线，中性线悬空得到图2—29b)。图2—29对成负载的Y联接该电路具有如下特点：1）由于三相负载对称，在三相对称电压的作用下负载中的三相电流也是对称的，而三相对称电流的和为零(矢量和)，所以不需接中线，三相电流依靠端线和负载互成回路。由于电路是对称的，故电路的计算可以简化为单相电路的计算。2)各相负载承受的电压为电源的相电压，大小为220V。3)各相负载的线电流Il与相电流Ip相等，即：Il＝Ip＝UP／ZP,式中ZP为每相负载阻抗。4）各相支路中电压与电流的相位差相等,大小为φP＝cos-1R／Z。5)各相负载取用的功率相等，电路的总功率为P＝3UPIPcosφP。举例:例2—122。三相不对称负载的Y形联接工程实际使用中遇到的问题是将许多单相负载分成容量大致相等的三相，分别接到三相电源上,这样构成的三相负载通常是不对称的。对于这种电路，需要使用三相四线制，如图（2-29a)所示。该电路具有如下特点:由于三相负载不对称，三相电流也不对称，其三相电流的和不为零，必须引一根中线供电流不对称部分流过，即必须用三相四线制。由于中性线的作用，电路构成了相互独立的回路。不论负载有无变动，各相负载承受的电源相电压不变，从而保证了各相负载的正常工作。如果没有中线，或者中线断开了，虽然电源的线电压不变，但各相负载承受的电压不再对称。有的相电压增高了，有的相电压降低了.这样不但使负载不能正常工作，有时还会造成事故。一般情况下，中线电流小于端线电流，通常取中线的横截面积小于端线的横截面积。通过分析得到，三相不对称负载的各相支路的计算需要分别进行.总结：三相交流电路中,三相负载有星形和三角形两种联结方法。对于对称三相电路，线电压与相电压、线电流与相电流及三相电路的功率有简单的计算关系。在三相四线制系统中,普遍存在的是大量不对称三相负载,应特别注意中性线的作用与意义.内容二：三相电功率的分析并计算（8课时）什么是三相负载、单相负载和单相负载的三相联接？为什么中性线中不接开关，也不接入熔断器3．三相负载的三角形联接当用电设备的额定电压为380V时，负载电路应按△形联接。△联接的电路如图2-33所示。图2-33三相负载的三角形联接该电路的特点是：1）△形联接没有零线,只能配接三相三线制电源,无论负载平衡与否各相负载承受的电压均为线电压380V；2)各相负载与电源之间独自构成回路，互不干扰；3)各相负载的相电流为：Ip＝UP／｜Z｜＝Ul／｜Z|;4)在△形联接的各端点上均有三条支路,所以线电流Il不等于相电流Ip，当三相负载对称时，三个相电流和三个线电流都对称，两者之间的关系为:Il＝Ip5）设每相负载阻抗角为φP,如果负载对称，则电路取用的总有功功率为:P＝3UPIpCOSφP＝3UPIp／cosφP＝UlIlcosφP（2—52)式(2—52)对于对称星形负载也是适应的,读者可自行推导,或参看其他书籍。当负载不对称时:P＝PA＋PB＋PC(2—53）4三相电路的功率1．有功功率 三相负载总的有功功率等于各相有功功率之和 P=P1+P2+P3 若负载对称,则 P=3PP=3UPIPcosΨP (2-54） （1）当对称负载作星形联接时：（2)当对称负载作三角形联接时： 2．无功功率 3．视在功率＊三相电路同样具有无功功率和视在功率，其对称负载的无功功率和视在功率不管是星形还是确形联接均可用以下两式计算,式中的φ为第相阻抗的阻抗角。（2—59）（2-60）三相电源的视在功率一般称为电源的容量。总结：1、△形联接没有零线，只能配接三相三线制电源,无论负载平衡与否各相负载承受的电压均为线电压380V；2、各相负载与电源之间独自构成回路,互不干扰；3）各相负载的相电流为：Ip＝UP／|Z｜＝Ul／｜Z｜;3、在△形联接的各端点上均有三条支路，所以线电流Il不等于相电流Ip，当三相负载对称时，三个相电流和三个线电流都对称，两者之间的关系为：Il＝Ip4、设每相负载阻抗角为φP,如果负载对称，则电路取用的总有功功率为：P＝3UPIpCOSφP＝3UPIp／cosφP＝UlIlcosφP授课班级汽18授课教师屈伟授课地点汽18教室项目一磁路课时16任务1磁路的基本知识课时4参照教材教学目标1、掌握磁路的基本知识2、正确描述磁场的基本物理量等概念教学重点正确描述磁场的基本物理量等概念教学难点1、能用磁路基本定律解决实际问题教学阶段及时间分配教学准备20分钟复习提问引入新内容36分钟学习新内容424分钟小结反馈60分钟教学方法和方式讲授法、演示法、现场实操教学工具多媒体教学过程具体教学进程如下一、教学准备，安全至上1、检查、记录学生出勤情况；2、督促学生检查工具、设备等。二、复习提问，引入内容1、生活中有没有接触过磁铁?2、吸铁石是不是磁铁？3、知道磁场是怎么产生的吗？4、汽车中有没有用电设备中有磁场？5、怎么把电厂里的电转换成直流的呢？三、具体教学，层层推进本任务着重讲解磁路的基本知识和能用磁路基本定律解决实际问题.分为3个具体内容:内容一：磁路的基本知识（4课时）一:磁路变化的电流能产生磁场，磁场在一定条件下又能产生电流，二者密不可分，许多电气设备的工作原理是基于电磁的相互作用,如变压器、电机、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论,才能对各种电工设备的工作原理作全面的分析。与流经电路中的电流同理，流经磁路的磁通也遵循一定的规律，如磁路的欧姆定律等。磁路问题是局限于一定路径内的磁场问题，因此磁场的各个基本物理量也适用于磁路。磁路主要是由具有良好导磁能力的材料构成的,因此本章我们将对这种导磁材料的磁性能加以讨论.磁路和电路是相关联的，因此本章我们还将研究磁路和电路的关系以及磁和电的关系。通过以上的基本概念学习后,我们会对分析与计算磁路的基本方法加以讨论,最后,会讨论变压器及电磁铁等应用实例。1．磁路的基本概念为了更好地理解磁场的基本性质，掌握磁场的特性，我们可用下列几个在物理学中学过的基本物理量来表示，对此我们做一复习。2．磁场的基本物理量(1）．磁感应强度B磁感应强度是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量。它与电流（电流产生磁场）之间的方向关系满足右手螺旋定则，其大小可用通电导体在磁场中某点受到的电磁力与导体中的电流和导体的有效长度的乘积的比值，来表示该点磁场的性质，并称作该点磁感应强度B。其数学式为：在SI制中，B的单位是特斯拉，简称特（T）;以前也常用电磁制单位高斯(Gs）。两者的关系是1T=104Gs如果磁场内各点磁感应强度B的大小相等，方向相同，则称为均匀磁场。在均匀磁场中,B的大小可用通过垂直于磁场方向的单位截面上的磁力线来表示.由上式可知，一载流导体在磁场中受电磁力气作用,如图3—1所示。电磁力的大小F与磁感应强度B、电流I、垂直于磁场的导体有效长度L成正比。其数学式为 (4-1）式中，为磁场与导体的夹角;B、F、I三者的方向由左手定则确定。若,则 （4—2）（2）．磁通磁感应强度B（如果不是均匀磁场，则取B的平均值）与垂直于磁场方向的面积S乘积称为该面积的磁通，即 （4-3）可见，磁感应强度在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积所通过的磁通，故又称为磁通密度.在SI制中，的单位是韦伯，简称韦（Wb）；在工程上有时用电磁制单位麦克斯韦（Mx）。两者的关系是1Wb=108Mx（3）．磁导率μ磁导率μ是表示磁场媒质磁性的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力的物理量。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即 （4-4）直导体通电后，在周围产生磁场,在导体附近点处的磁感应强度与导体中的电流、点所处的空间几何位置及磁介质的磁导率有关。其数学式为 由(3-4)可见，磁场内某一点的磁场强度H只与电流大小以及该点的几何位置有关，而与磁场媒质的磁性（）无关,就是说在一定电流值下，同一点的磁场强度不因磁场媒质的不同而有异。但磁感应强度是与磁场媒质的磁性有关的.当线圈内的媒质不同时,则磁导率不同，在同样电流下,同一点的磁感应强度的大小就不同,线圈内的磁通也就不同了。自然界的物质，就导磁性能而言,可分为铁磁物质()和非铁磁物质()两大类。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率很接近，H/m。任意一种物质磁导率和真空的磁导率的比值，称为该物质的相对磁导率，即 （4—5）在SI制中，单位是亨/米（H/m)上式表示相对磁导率就是当磁场媒质是某种物质时某点的磁感应强度与在同样电流值下在真空中该点的磁感应强度之比所得的倍数。（4)．磁场强度磁场强度是计算磁场时所引用的一个物理量,也是矢量.磁场内某点的磁场强度的大小等于该点磁感应强度除以该点的磁导率,即 （4-6)式中,的单位是安每米(A/m）上式是安培环路定律（或称为全电流定律)的数学表示式。它是计算磁路的基本公式.由图3—2可知，X点的磁场强度为 （4—7）由式(3—7）可知，磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几何位置,而与磁介质无关。内容二、磁性材料的磁性能（4课时）1．磁性材料主要是指铁、镍、钴及其合金而言。这些磁性材料具有下列磁性能.1）．高导磁性磁性材料的磁导率很高，铁磁物质的磁导率比非磁物质的要高很多,如硅钢的相对磁导率可达7000之多。这就使它们具有被强烈磁化（呈现磁性）的特性。铁磁性材料的磁化曲线可否用磁感应强度B随外磁场强度H的变化关系来表征(由实验结果绘成）。如图4—1所示的曲线。曲线大致可分为三个段：oa段、ab段和bc段。oa段为高导磁性材料段。正是由于铁磁材料的高导磁性，许多电气设备的线圈都绕制在铁磁性材料上，以便用小的励磁电流（与H有关）产生较大的磁场、磁通.如变压器、电机与发电机的铁心都是高导性材料制成。以降低设备的体积与重量.OaOabHB－H－HcHBOBrHc2）．磁饱和性在图4-1中的ab段，磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限地增强.当外磁场（或励磁电流）增大到一定值时，全部磁畴的磁场方向都转向与外磁场的方向一致。这时磁化磁场的磁感应强度BJ即达饱和值.3）．磁滞性在铁心线圈中通入交流电，铁心被交变的磁场反复磁化，在电流变化一次时,磁感应强度B随磁场强度H而变化的关系如图4-2所示,由图可见，当H已减到零值时，B并未回到零值。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁性物质的磁滞性，由此画出的B-H曲线称为磁滞回线。当线圈中电流减小到零值（即H=0）时，铁心在磁化时所获得的磁性还未完全消失.这时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁感应强度Br（也叫剩磁)，在图4—2中即为纵坐标0-2和0—5,永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的。如果要使铁心的剩磁消失，通常改变线圈中励磁电流的方向,也就是改变磁场强度H的方向来进行反向磁化。使B=0的H值（如图3—6中的0-3和0—6段)称为矫顽磁力HC（也叫矫顽力）。铁磁材料在反复磁化过程中产生的损耗称为磁滞损耗，它是导致铁磁性材料发热的原因之一，对电机、变压器等电气设备的运行不利。因此，常采用磁滞损耗小的铁磁性材料作他们的铁心。由实验可知，不同的铁磁性材料，其磁化曲线和磁滞回线都不一样。2．磁性物质的分类按磁化特性的不同，铁磁性材料可以分成三种类型。1）．软磁材料具有较小的矫顽力,磁滞回线较窄.一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心.常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。2）．硬磁性材料—-永磁材料具有较大的矫顽力，磁滞回线较宽.一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等.3)．矩磁材料具有较小的矫顽力和较大的剩磁,磁滞回线接近矩形，稳定性也良好.在计算机和控制系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金.内容三：磁路基本定律（8课时）为了使较小的励磁电流产生足够大的磁通（或磁感应强度）,在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。由于铁心的磁导率比周围空气或其他物质的磁导率高得多，因此磁通的绝大部分经过铁心而形成一个闭合通路。这种人为造成的磁通路径,称为磁路。1．安培环路定律（全电流定律）在磁路中，沿任意闭合路径，磁场强度的线积分等于与该闭合路径交链的电流的代数和。即：(4-8）计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号,反之取负号。若闭合回路上各点的磁场强度相等且其方向与闭合回路的切线方向一致,式中N为线圈匝数，则：2．磁路欧姆定律设一段磁路长为l，磁路面积为S的环形线圈，磁力线均匀分布于横截面上，这时B、H与之间的关系为根据安培环路定律得磁路的欧姆定律。（4—9）上式中, 为磁动势，单位为安匝；称为磁路的磁阻，是表示磁路对磁通具有阻碍作用的物理量，他与磁路的几何尺寸、磁介质的磁导率有关，单位为。式（4-9)与电路的欧姆定律在形式上相似,所以称为磁路的欧姆定律.它是磁路进行分析与计算所要遵循的基本定律。因为铁磁材料的磁导率不是常数，它随励磁电流而变，所以铁磁材料的磁阻是非线性的，数值很小;空气隙的磁导率很小，而且是常数,所以空气隙中的磁阻是线性的，数值很大。由于铁磁材料的磁阻是非线性的,因此，不能直接用（4-9）式进行定量分析,而只能进行定性分析。总结：1、磁场的基本物理量磁感应强度B：是用来描述磁场内某点磁场强弱和方向的物理量,是一个矢量。它的方向由右手螺旋定则确定，其大小可用来衡量。磁通：磁场中垂直穿过某截面S的磁感线总数，即 磁导率μ：表示物质导磁能力的物理量。非铁磁物质和空气的磁导率与真空磁导率很接近,H/m。铁磁物质的磁导率很大，且不是常数。相对磁导率为。磁场强度H:表示励磁电流在空间产生的磁化力的矢量物理量。它与磁感应强度之间的关系为，这是反映磁性材料的磁化性能的基本公式.2．磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性。磁滞会产生损耗并导致铁心发热。3．磁路的基本定律安培环路定律：或，它是计算磁路的基本定律。欧姆定律：,它用来对磁路作定性分析，一般不用来做定量计算.授课班级汽18授课教师屈伟授课地点汽18教室项目一变压器课时12任务1变压器的基本知识课时4参照教材教学目标1、掌握变压器的基本知识2、正确描述变压器的功能教学重点掌握变压器的基本知识教学难点1、正确描述变压器的功能教学阶段及时间分配教学准备20分钟复习提问引入新内容36分钟学习新内容424分钟小结反馈60分钟教学方法和方式讲授法、演示法、现场实操教学工具多媒体教学过程具体教学进程如下一、教学准备，安全至上1、检查、记录学生出勤情况;2、督促学生检查工具、设备等。二、复习提问，引入内容1、怎么把电厂里的电转换成直流的呢？三、具体教学，层层推进本任务着重讲解磁路的基本知识和能用磁路基本定律解决实际问题。分为3个具体内容：内容一：变压器的基本知识（8课时）1．变压器变压器是根据电磁感应原理工作的一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。它的基本作用是将一种等级的交流电变换成另外一种等级的交流电.在电力和电子线路中，变压器独有广泛应用。2．变压器的结构原理与功能（1)．变压器的结构和工作原理变压器基本组成部分均为闭合铁心和线圈绕组，如图4-3。图4—3变压器的结构示意图1)铁心铁心构成变压器的磁路，为了减少铁损,提高磁路的导磁性能，一般由0。35—0.55mm2）绕组即线圈，是变压器的电路部分,用绝缘导线绕制而成的，有原绕组、副绕组之分。与电源相联的称为原绕组（或称初级绕组、一次绕组），与负载相联的称为副绕组（或称次级绕组、二次绕组）。3）冷却系统由于铁心损失而使铁心发热，变压器要有冷却系统。小容量变压器采用自冷式而中大容量的变压器采用油冷式。（2）．单相变压器的工作原理图4—4变压器工作原理图在原绕组上接入交流电压u1时，原绕组中便有电流i1通过。原绕组的磁动势i1N1产生的磁通绝大部分通过铁心而闭合，从而在副绕组中感应出电动势。如果副绕组接有负载,那么副绕组中就有电流i2通过。副绕组的磁动势i2N2也产生磁通，其绝大部分也通过铁心而闭合。因此，铁心中的磁通是一个由原、副绕组的磁动势共同产生的合成磁通，它称为主磁通,用Φ表示。主磁通穿过原绕组和副绕组而在其中感应出的电动势分别为e1、e2。此外,原、副绕组的磁动势还分别产生漏磁通Φ1和Φ2,从而在各自的绕和组中分别产生漏磁动势e1和e2，如图4—4（a）所示。2．变压器的功能1）．电压变换写出变压器原理图中原绕组电路的基尔霍夫电压定律方程为:写成相量表示式为由于原绕组的电阻R1和感抗X1(或漏磁通Φ1)较小，因而它们两端的电压降也较小，与主磁电动势E1比较起来，可以忽略不计，于是同理可得副边电路的电压与电动势的有效值为变压器空载时，式中是空载时副绕组的端电压。以上几式说明，由于原、副绕组的匝数N1、N2不相等，故E1和E2的大小也不等，因而输入电压U1（电源电压）和输出电压U2（负载电压）的大小也是不等的。原、副绕组的电压之比为：（4—10)式中K称为变压器的变比，亦即原、副绕组的匝数比.可见，当电源电压U1一定时，只要改变匝数比，就可得出不同的输出电压U2。K＞1，为降压变压器；K＜1，为升压变压器.变比在变压器的铭牌上注明，它通常以“6000/400V”的形式表示原、副绕组的额定电压之比，此例表明这台变压器的原绕组的额定电压U1N=6000V,副绕组的额定电压U2N=400V。所谓副绕组的额定电压是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压。由于变压器有内阻抗压降，所以副绕组的空载电压一般应较满载时的电压高5％—10%。2）．电流变换由U1=E1=4.44fN1m可见,当电源电压U1和频率f不变时,E1和m也都近于常数。就是说,铁心中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）应该和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N变压器的空载电流i0是励磁用的。由于铁心的磁导率高，空载电流是很小的。它的有效值I0在原绕组额定电流I1N的10％以内，因此I0N1与I1N1相比，常可忽略。于是 其有效值形式为: 所以 （4-11）可见，变压器中的电流虽然由负载的大小确定,但是原、副绕组中电流的比值是基本上不变的；因为当负载增加时，I2和I2N2随着增大，而I1和I1N1也必须相应增大，以抵偿副绕组的电流和磁动势对主磁通的影响,从而维持主磁通的最大值近于不变。变压器的额定电流I1N和I2N是指变压器在长时连续工作运行时原、副绕组允许通过的最大电流，它们是根据绝缘材料允许的温度确定的。副绕组的额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量，即(单相）它是视在功率（单位是伏安），与输出功率（单位是瓦)不同。3)．阻抗变换变压器不但可以变换电压和电流，还有变换阻抗的作用，以实现“匹配”.负载阻抗Z接在变压器副边，所谓等效,就是输入电路的电压、电流和功率不变.就是说，直接接在电源上的阻抗Z`和接在变压器副边的负载阻抗ZL是等效的。ZL`与ZL的关系推导如下： 所以 （4-12) 匝数比不同，负载阻抗ZL折算到（反映到)原边的等效阻抗ZL`也不同.我们可以采用不同的匝数比,把负载阻抗变换为所需要的、比较合适的数值.这种做法通常称为阻抗匹配。内容二．变压器的外特性与效率(4课时）1．变压器的外特性当电源电压U1不变时，随着副绕组电流I2的增加(负载增加），原、副绕组阻抗上的电压降便增加，这将使副绕组的端电压U2发生变动.当电源电压U1和副边所带负载的功率因数cos2为常数时，副边端电压U2随负载电流I2变化的关系曲线U2=f（I2)称为变压器的外特性曲线。图4-5为变压器的外特性曲线图。图4-5变压器的外特性曲线由