電工與電子技術(shù)全冊(cè)電子教案單元1-11教學(xué)設(shè)計(jì)（高職）

電工與電子技術(shù)全冊(cè)電子教案單元1-11完整版教學(xué)設(shè)計(jì)

單元一：宜流電路

知識(shí)目標(biāo)：

掌握電路各組成部分的作用及電路各物理量意義；

理解電壓、電流參考方向在電路分析中的作用；能正確使用萬用表測(cè)量直流電壓、電流；

了解電阻、電感、電容元件特性；能根據(jù)電路需要正確選擇元件參數(shù)；

掌握理想電壓源、電流源特性及實(shí)際電源的兩種模型：基爾霍夫定律及復(fù)雜電路的分析方法。

教學(xué)

能力目標(biāo)：

目標(biāo)

了解直流電路的基本組成及功能、電路的物理量、電路的基本狀態(tài)等知識(shí)內(nèi)容，初步認(rèn)識(shí)直流電路中

的各類元器件，掌握兩種實(shí)際電源的互相轉(zhuǎn)換的方法；復(fù)雜直流電路的分析方法。

素質(zhì)目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生接受電工術(shù)語能力；自主學(xué)習(xí)新知識(shí)能力；制定學(xué)習(xí)計(jì)劃的方法能力；解決實(shí)際問題的工作

能力。

教學(xué)直流電路的基本組成及功能；電路的基本物理量；電路的基本狀態(tài)；電路元件的伏安特性復(fù)雜電路的分析

重占方法

教學(xué)

兩種實(shí)際電源（電壓源與電流源）等效變換，復(fù)雜電路的分析方法

難點(diǎn)

教學(xué)

實(shí)物演示；教學(xué)板書；電子課件

手段

教學(xué)

10H

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)注釋

區(qū)分實(shí)際電路與電路

模型的關(guān)系

任務(wù)一：電路的基本概念

（一）電路與電路模型

1.電路

電路是電流流通的路徑。它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成能夠?qū)崿F(xiàn)某

些預(yù)期功能的電流通路。

電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個(gè)部分組成。

2.電路模型

在一定條件下，忽略實(shí)際元件的次要性質(zhì)只考慮其主要性質(zhì),將其近似地看成理想電路元

件，簡(jiǎn)稱電路元件

根據(jù)實(shí)際電路元件的主要電磁特性，用一個(gè)或若干個(gè)理想電路元件來模擬實(shí)際電路元件，

再根據(jù)實(shí)際元件的連接方式，用理想導(dǎo)線連接起來，這便構(gòu)成了電路模型。

（-）電路的基本物理量電流實(shí)際方向與參考

方向

1.電流電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。如果電流的方向不隨時(shí)間變化，稱為直流電流；如

果電流的方向和大小都不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)恒直流電流。直流電流簡(jiǎn)稱DC,用大寫字母/

表示。電流的單位為安培，簡(jiǎn)稱安，用字母A表示。

-L參考方向----參考方向

-I—]--------1---1----

----A實(shí)際方向方向w-

T>0Z<0

(a)(b)

2.電壓

電場(chǎng)力將單位正電荷從電場(chǎng)中的。點(diǎn)移到〃點(diǎn)所做的功，稱其為。、〃兩點(diǎn)間的電壓,

電壓是產(chǎn)生電流的根本原因。電壓的單位用伏特，用字母V表示。

1V=103WV=106X/V

1KV=1O，V

電壓的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力作用的方向。由于電壓的實(shí)際方向往往

事先不能判定，因此可指定任一方向作為電壓的參考方向。電壓的參考方向可以用帶雙下標(biāo)

電壓與電位的區(qū)別與

的字母如表示，也可用“+、一”號(hào)或箭頭表示，如圖1-3所示。

聯(lián)系

3.電位

在電子線路的分析中經(jīng)常用到電位的概念，所謂電位，就是電路中某點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的

電壓，稱為該點(diǎn)的電位。

4.電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)針對(duì)于電源

電動(dòng)勢(shì)是衡量電源力對(duì)電荷做功能力的物理量。方向由電源的負(fù)極指向正極。

5.電功率

電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功，稱為電功率。功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，用字母W表

zjs0

P=UI注意電功率的計(jì)算結(jié)

果與原件吸收還是釋

放功率的關(guān)系

(三)電路基本元件

1.電阻元件

電阻元件是從實(shí)際電阻器抽象出來的理想元件模型。其伏安特性為

u=Ri

線性電阻元件吸收的功率

.p.2"2

n=ui=Ri=——電阻元件是耗能元件

R

2.電感元件

理想電感元件簡(jiǎn)稱為電感元件，它是從實(shí)際電感線圈中抽象出來的理想化模型。

當(dāng)線圈中電壓、電流關(guān)系滿足

u=L更

dt

電感元件儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量為

2電感元件是儲(chǔ)能元件

WL=[uidt=[Lidi=^Li

3.電容元件

理想電容元件簡(jiǎn)稱為電容元件，是從實(shí)際電容器抽象出來的理想化模型。電壓與電流的

關(guān)系：

i=C——

dt

電容元件極板間儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為

電容元件是儲(chǔ)能元件

W=\uidt=[Cudu=—Cu2

°rJoJo2

4.理想電壓源

無論流過多大的電流，都能提供確定電壓的電路元件稱為理想電壓源。即

U=%

5.理想電流源

在電路中，無論它的端電壓是多少，都能提供確定電流的電路元件稱為理想電流源。

/=/5；電壓U外電路決定

6.實(shí)際電源的兩種電路模型

理想電源是不存在的，電路中的許多實(shí)際電源，如電池、發(fā)電機(jī)、或信號(hào)源，都有一

定的內(nèi)電阻，要消耗一部分電能。為分析和計(jì)算方便，將實(shí)際電源等效為由一個(gè)理想電壓源

和一個(gè)電阻元件串聯(lián)的電壓源模型，或等效為一個(gè)由理想電流源和一個(gè)電阻元件并聯(lián)的電流

源模型。

在進(jìn)行兩種電源模型等效變換時(shí)應(yīng)注意：強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)

(1)兩種電源模型的等效，只是對(duì)電源外部電路等效。

(2)變換時(shí)，兩種電源模型的極性必須保持一致，即電流源流出電流的一端與電壓源的

正極性端相對(duì)應(yīng)。

(3)理想電壓源和理想電流源不能進(jìn)行這種等效變換。

(四)電路的三種工作狀態(tài)

電路的工作狀態(tài)有三種：空載(開路或斷路)、負(fù)載(通路)和短路。

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)備注

任務(wù)二直流電路的分析方法

(-)電阻等效

1.電阻的串聯(lián)

2.電阻的并聯(lián)

(-)基爾霍夫定律

1.電路結(jié)構(gòu)的基本術(shù)語

支路：電路中流過同一電流的每一個(gè)分支，稱為支路。

節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的匯交連接點(diǎn)，稱為節(jié)點(diǎn)。圖1-27中共有a和d兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。

回路：電路中任一閉合的路徑，稱為回路。圖1-27中有adefa、adcba和abcdefa三個(gè)

回路.

網(wǎng)孔：內(nèi)部不含有其他支路的回路，即最簡(jiǎn)單的回路叫網(wǎng)孔。Adefa和adcba是網(wǎng)孔。

特別強(qiáng)調(diào)電流、電

壓正負(fù)號(hào)的規(guī)定

2.基爾霍夫電流定律(KCL)

電流定律的內(nèi)容是：在任一瞬間，通過任一節(jié)點(diǎn)所連的各支路電流的代數(shù)和恒等于零。

即

9=0

或可以寫成

入=WZ+

3.基爾霍夫電壓定律(KVL)

電壓定律的內(nèi)容是：在任一瞬間沿任一回路繞行一周(順時(shí)針或逆時(shí)針方向)，回路中各

個(gè)元件電壓的代數(shù)和恒等于零，即

￡u=o

(三)支路電流法

支路電流法是以支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL,列出與支路數(shù)相等的節(jié)點(diǎn)電流

方程和回路電壓方程，解出各支路電流的方法。

解題步驟：

設(shè)電流參考方向，列工/=0方程；

設(shè)回路繞行方向列方程;

求解方程組

（四）節(jié)點(diǎn)電壓法

節(jié)點(diǎn)電壓法是以電路中的節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，應(yīng)用KCL列出與節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)相等的節(jié)點(diǎn)電

流方程，聯(lián)立后求解各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的電路分析方法。求出節(jié)點(diǎn)電壓，便可得到各支路電壓，

利用歐姆定律，就可以求出各支路電流。

對(duì)節(jié)點(diǎn)1有

UUU-UU-U

--------1----------1-------{----------2---1-------t----------2-=Ai+A.2

R\&&R&節(jié)點(diǎn)電壓法應(yīng)用

對(duì)于節(jié)點(diǎn)2有歸納總結(jié)

—”「4

+/S3

舄S2叫

整理上兩式可得

、R[R2R3R4J

(ii、

---1-----u,+\—+U2=1S31S2

&R&&

解此方程組可得節(jié)點(diǎn)電壓U/和U2,進(jìn)而可求得其他支路的電壓和電流。

提示：節(jié)點(diǎn)電壓法適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)少，支路數(shù)多的電路。對(duì)于只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，多條支路的

電路，用節(jié)點(diǎn)電壓法求支路電流更為方便。當(dāng)電路中含有電壓源支路，盡可能取電壓源支路

的負(fù)極性端作為參考點(diǎn)，把電壓源中的電流作為變量列入節(jié)點(diǎn)方程。

（五）疊加原理

在含多個(gè)電源共同作用的線性電路中，任一支路的響應(yīng)（電流或元件的電壓）都是多個(gè)

電源共同作用的結(jié)果。疊加原理是指在線性電路中，如果有多個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)，任一支路

的電流或電壓，等于各個(gè)電源分別單獨(dú)作用時(shí)，在該支路中產(chǎn)生的響應(yīng)的代數(shù)和。

不作用電源的處理方法：將電壓源短路，將電流源開路，如果電源有內(nèi)電阻，將內(nèi)電阻

保留。

%

I;=332mA

+汽3〃用2

強(qiáng)調(diào)疊加定理應(yīng)

―勺一318mA用注意事項(xiàng)

R3+R°2

/；=/；—I；-14mA

US2單獨(dú)作用時(shí)

215mA

R(n+R3〃&>i

!!'=―—7：=167mA

+R3

/；=/；-/；=48mA

4.求兩個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)各支路電流。

/,=/；-/；=165mA

4=_%+/；=T03mA

八=《+I'l=62mA

（六）戴維南定理

在電路分析中，有時(shí)只需要計(jì)算其中某一支路的電流或電壓。為了使計(jì)算方便，常常應(yīng)用

等效電壓源的方法，將所需要計(jì)算的那條支路劃出，而把其余部分看作一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，

這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)于劃出的支路來說，相當(dāng)于一個(gè)電壓源。

戴維南定理是指任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外部電路而言，都可以用一個(gè)理想電壓

源Us和內(nèi)阻R。串聯(lián)的電壓源模型來等效。這里Us等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U°c，

內(nèi)阻R。等于有源二端網(wǎng)絡(luò)化成無源（將理想電壓源短路，理想電流源開路）后，二端之間

的等效電阻。

引導(dǎo)學(xué)生分析比

較復(fù)雜電路的幾

種分析方法。

負(fù)載中的電流：

%+a

提示：戴維南定理一般適用于只求某一支路的電流或電壓。

本章小結(jié)

i.電路的組成及基本物理量

任何一個(gè)完整的電路都是由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個(gè)組成部分。用理想電路元件代替

實(shí)際電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型。

電流、電壓和電功率是電路中三個(gè)重要的物理量。電壓、電流的參考方向是事先選定的一

個(gè)方向，根據(jù)電壓、電流數(shù)值的正、負(fù)，可確定電壓電流的實(shí)際方向。功率的計(jì)算與電壓、

電流的參考方向有關(guān)。當(dāng)電壓電流選擇關(guān)聯(lián)的參考方向，則尸=。/,如果電流和電壓為非關(guān)

聯(lián)參考方向時(shí)，P=-UK當(dāng)尸>0,說明該元件吸收功率；當(dāng)P<0,說明該元件發(fā)出功率。

一個(gè)電路中所有元件功率的代數(shù)和等于零。

2.電路的基本元件

組成電路的理想電路元件分無源元件：電阻元件、電感元件、電容元件；有源元件：理想

電壓源和理想電流源。電阻元件是耗能元件；電感和電容元件是儲(chǔ)能元件。

理想電壓源有確定的電壓值，電流隨外電路而變；理想電流源有確定的的電流值，而電

壓隨外電路而變。

3.電路有空載、短路、負(fù)載三種狀態(tài)

4.電路的分析方法

簡(jiǎn)單電路的分析采用電阻的串并聯(lián)等效變換的方法來化簡(jiǎn)。實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源可

以等效互換。

支路電流法是依據(jù)基爾霍夫定律分析和計(jì)算復(fù)雜電路的基本方法。

節(jié)點(diǎn)電壓法適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)少支路數(shù)多的電路，其中彌爾曼用于有2個(gè)節(jié)點(diǎn)多條支路的電

路的求解。

疊加原理是反映線性電路基本性質(zhì)的重要定理。多個(gè)電源共同作用產(chǎn)生的電壓和電流，

等于各電源獨(dú)立作用產(chǎn)生的電壓和電流的代數(shù)和。注意疊加定理只適用于線性電路中的電壓

和電流。

戴維南定理是簡(jiǎn)化復(fù)雜電路的重要定理。戴維南定理最適用于求解線性有源網(wǎng)絡(luò)中某一

支路的電流。

檢測(cè)習(xí)題

一、填空題

1.電路由負(fù)載和三部分組成。電路的主要作用有兩個(gè)：

；O

2.電路分析計(jì)算中，必須先假設(shè)電流與電壓的參考方向，電壓與電流的參考方向可以獨(dú)立

地。如果二者的參考方向一致，則成為。

按照假設(shè)的參考方向，若電壓或電流的計(jì)算值為負(fù)，則說明其實(shí)際方向與參考方向。

3.線性電阻上電壓〃與電流i關(guān)系滿足定律，當(dāng)兩者取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)其表達(dá)式

為O

4.一個(gè)電路中電源發(fā)出的電功率負(fù)載的電功率，電路的功率是平衡的。

5.基爾霍夫定律與電路的有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)

無關(guān)。

6.KCL實(shí)際上是體現(xiàn)了電荷守恒定律或的性質(zhì)。

7.KVL實(shí)際上是體現(xiàn)了的性質(zhì)。

8.應(yīng)用疊加定理分析電路時(shí)，不作用的電壓源應(yīng)該；不作用的電流源應(yīng)該,

電源如果有內(nèi)電阻，應(yīng)該o

9.節(jié)點(diǎn)電壓法是以為獨(dú)立變量，應(yīng)用,列出節(jié)點(diǎn)電流方程的方法。

10.一個(gè)1()V內(nèi)阻2c的實(shí)際電壓源，用實(shí)際電流源來等效，等效電流源的電流是,

內(nèi)阻是Qo

-計(jì)算

在檢測(cè)題圖1所示的電路中，t/sl=140V,U,2=90V，Rt=20Q,&=5。，&=6Q,

試用節(jié)點(diǎn)電壓法求各支路電流。

圖1

單元二：正弦交流電路

知識(shí)目標(biāo)：

?掌握正弦交流電的三要素及三種表示法，了解正弦交流電路中相位、相位差的概念，掌握正弦量

有效值的概念；掌握一般正弦交流電的分析方法----相量法。

?了解三大基本電路元件在正弦交流電路中的作用及相量模型；掌握有功功率、無功功率的概念；

?理解對(duì)稱三相交流電的物理意義，掌握三相電源的兩種聯(lián)結(jié)方式及特點(diǎn)，了解三相四線制供電體

系的優(yōu)越性；

教學(xué)?了解線電流、相電流、中線電流的概念，掌握三相負(fù)載星形、三角形兩種聯(lián)結(jié)形式下相、線電壓

目標(biāo)的關(guān)系，相、線電流的關(guān)系及中線的作用，掌握三相電路的分析方法；

?掌握三相電路中有功功率、無功功率、視在功率的物理意義及計(jì)算方法。

能力目標(biāo)：

根據(jù)單相交流電路、三相交流電路的組成原理，會(huì)連接單相、三相交流電路；能處理常見故障。

素質(zhì)目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生接受電工術(shù)語能力；自主學(xué)習(xí)新知識(shí)能力；制定學(xué)習(xí)計(jì)劃的方法能力；解決實(shí)際問題的工作

能力。

教學(xué)

交流電的三要素及三種表示方法；交流電路的分析方法；三相交流電路的分析計(jì)算。

重占

教學(xué)

相量法在分析三相交流電路的應(yīng)用。

難點(diǎn)

教學(xué)

實(shí)物演示；教學(xué)板書；電子課件

手段

教學(xué)

12H

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)注釋

任務(wù)一：正弦交流電的三要素及相量表示

(-)正弦交流電的三要素

由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電，大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，稱為正弦交流電。交流電

的特征表現(xiàn)在其變化的快慢、大小和初始值三個(gè)方面，用以描述上述三方面特征的量是交流

電的三要素，即頻率(周期)、幅值(有效值)和初相角。

1.頻率與周期

現(xiàn)以一正弦交流電壓為例,其瞬時(shí)值表達(dá)式為

電流實(shí)際方向與參考

u=Usin(W+cp)

m方向

其隨時(shí)間變化的曲線稱為波形圖，如圖2-1所示。

結(jié)合圖形和解析式講

解三要素

圖2-1正弦交流電壓的波形

2.瞬時(shí)值、最大值和有效值

交流電每時(shí)每刻均隨時(shí)間變化，任一時(shí)刻的數(shù)值稱為瞬時(shí)值。正弦量最大的瞬時(shí)值瞬時(shí)

值稱為交流電的最大值。如式（2T）中的。

3.初相

式（2T）中的（由+0）稱為交流電的相位。它表示交流電隨時(shí)間變化的進(jìn)程，決定該時(shí)

刻瞬時(shí)值的大小、方向和變化趨勢(shì)。

（-）正弦量的相量表示法

1.旋轉(zhuǎn)矢量與相量

找出旋轉(zhuǎn)矢量與

正弦量對(duì)應(yīng)關(guān)

系，從而引出正

弦量用復(fù)數(shù)來表

示-一相量法

用復(fù)數(shù)式示正弦量的方法，稱為相量法。

正弦量采用相量表示法時(shí)應(yīng)注意：

（1）相量特指表示正弦量的復(fù)數(shù)；

（2）相量可以用有向線段表示（相量圖），也可以用相量式表示（復(fù)數(shù)式）；

（3）相量只包含正弦量的兩個(gè)要素，值和初相。這是因?yàn)橄嗔渴亲鳛榉治鲇?jì)算正弦交流

電路的工具引入電學(xué)的，而同一電路中的所有正弦量都是同頻率的，因此隱含了頻率這一要

素；

（4）只有同頻率的相量才能標(biāo)示在同一相量圖中。

2.復(fù)數(shù)的表示形式和四則運(yùn)算

設(shè)有兩個(gè)復(fù)數(shù)4=4+9=八/，，4=%+?2=與/名，則

兩個(gè)復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算

A±4=（4±2）+/（4±打）

兩個(gè)復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算

AB=與/司%=a.

qN%一弓耳一"

3.相量法的應(yīng)用

正弦量可以用復(fù)數(shù)表示，用復(fù)數(shù)表示正弦量的方法叫做正弦量的相量表示法。復(fù)數(shù)的運(yùn)

算法則適用于相量運(yùn)算。

現(xiàn)以頻率為。初相為。交流電流為例，其相量圖如圖2-5的所示。

圖2-5正弦量的相量表示

任務(wù)二單一參數(shù)交流電路

1電阻電路強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)

只有電阻元件的電路稱為純電阻電路。

+O-

-b------------(c)(d)

電壓與電流關(guān)系

u=Ri

用相量表示上述關(guān)系為

U=R1或"=應(yīng)*

電路的平均功率

2U2

P=UI=I2R=—

RR

2.電感電路

在電子線路中常用的電感線圈、高頻扼流圈：電機(jī)、變壓器的繞組等，如果不考慮線圈

導(dǎo)線的電阻，只考慮其通電建立磁場(chǎng)的特性，可視其為理想的電感元件,只有電感元件的電路

稱為純電感電路。

電感電路平均功率為

零，說明電感電路不

消耗功率，只與電源

之間進(jìn)行能量交換。

—0----------------0------------AI\J

電壓與電流關(guān)系

Um=ImcoL或U=Ia)L

用相量式表示為

Un=ia)LIK或U=ja)LI

無功功率

電感元件與電源之間進(jìn)行能量交換，衡量電感元件與電源之間能量交換的規(guī)模，用瞬時(shí)

功率的最大值表示，稱作無功功率，即

,U2

QL=UI=1X,=—

XL

3.電容電路

電容器是組成電子線路的基本元件之一，廣泛應(yīng)用于濾波電路、耦合電路、振蕩電路等。

電力電容器用于電力系統(tǒng)中電力負(fù)荷無功功率的補(bǔ)償。如果電容器的漏電流(電容器內(nèi)部從

正極板通過電介質(zhì)流向負(fù)極板的電流)和介質(zhì)損耗可以忽略不計(jì)，可視為理想電容元件

強(qiáng)調(diào)有功功率與無功

功率的區(qū)別

電壓與電流關(guān)系

在圖2-10(a)中，取電流i與電壓〃為關(guān)聯(lián)的參考方向，如選擇電壓為參考量，即

設(shè)

z=C----=coCUcoscot-coCU皿sin(<wz+90°)

dtm

/,,,=撫。,，或U,,=[“=XcIm

coC

相量表示為：

4=j雙歷*或力

電容元件的功率

電容的平均功率4=0,表明電容并不消耗功率，所以電容元件也為儲(chǔ)能元件。電容與

電源之間互換的能量仍用無功功率。來計(jì)量，單位是乏（var）

2

QC=UI^IXC=—

任務(wù)三正弦交流電路的分析方法

（-）復(fù)阻抗及阻抗的概念及相量形式的基爾霍夫定律

將端口電壓相量與電流相量的比，定義為該二端網(wǎng)絡(luò)的復(fù)阻抗，用大寫字母Z表示，

即

1

提示：與電阻不同，復(fù)阻抗Z是一個(gè)復(fù)數(shù)，但它不是一個(gè)用來表示正弦量的復(fù)數(shù)，而只是一

個(gè)復(fù)數(shù)計(jì)算量，因此，復(fù)阻抗Z不是相量

根據(jù)復(fù)阻抗的定義，電阻R、電感L、電容C的復(fù)阻抗分別為

Z1=-—ja）L=jXL

U1

Z=-r-c=--=~jX

cIS,c

相量形式的基爾霍夫定律

20=0

（二）多參數(shù)組合的正弦交流電路

1.電阻、電感、電容串聯(lián)電路的相量分析

電壓與電流的關(guān)系:

??????■1■■?

U=UR+UL+UC=IR+Ija)L+1R+ljXL-ljXc

=，[氏+)(/一4)]=)[/?+JX]

=iz

可用電壓三角形來表示

2.正弦交流電路的電功率

有功功率

電路的平均功率就是電阻消耗的功率，即

P=UR1

無功功率

Q-UIs'm（p

視在功率

S=U1

三者之間的關(guān)系可用功率三角形來表示

（三）電路的諧振特性分析

串聯(lián)諧振

1.串聯(lián)諧振

R、L、C串聯(lián)電路如圖2-18所示,

(a)(b)

圖2-18串聯(lián)諧振

當(dāng)日與：同相時(shí)，即0=0,電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振。串聯(lián)諧振的條件是

X,=XC即2裾；/=—!—

LVJUcC

2班。

串聯(lián)諧振頻率:

…號(hào)反

2.串聯(lián)諧振的特點(diǎn)

(1)電路的阻抗最小并呈電阻性

|Z°|=J/?'+(X「Xc)2=X

(2)電路中的電流最大，諧振時(shí)的電流為

UU

'。和一

(3)串聯(lián)諧振時(shí)，電感、電容的電壓可以比總電壓大許多倍

La=<yo^o

K

=菽.=gC”

諧振電容兩端的電壓Uc?；螂姼芯€圈兩端的電壓Uzo與總電壓u的比值，稱為串聯(lián)諧

振電路的品質(zhì)因數(shù)，用字母。表示。

Q_Ug)=_①J

或ULO=UCO=QU

a)0CR~~R~

并聯(lián)諧振

并聯(lián)諧振的角頻率和頻率

（四）功率因數(shù)提高的意義和方法

1.提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，可使電源的能量得到充分的利用

2.減少了線路上的電壓損失和功率損耗

在電源電壓U和負(fù)載功率P一定的條件下，由/=——可知，提高功率因數(shù)可使輸

Ucos夕

電線路的電流減小，從而減少了線路上的電壓損失和功率損耗。

3.提高功率因數(shù)的方法

并聯(lián)電容的容量:

C=-(tan0|—tane)

co7U7~T

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)備注

任務(wù)四三相交流電路

（-）三相交流電源

1.三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)

三相交流電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。三相交流發(fā)電機(jī)內(nèi)有三個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的

電樞繞組，在空間互差120°對(duì)稱分布，稱為對(duì)稱三相繞組。發(fā)電機(jī)的定子一般由直流電磁鐵

構(gòu)成，通入直流勵(lì)磁電流而產(chǎn)生固定磁極，極而做成適當(dāng)形狀，使定子與轉(zhuǎn)子空氣隙的磁感

應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律分布。當(dāng)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，則電樞繞組在同一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中切割磁力線，

產(chǎn)生三相對(duì)稱的交流電動(dòng)勢(shì)，即三相電動(dòng)勢(shì)的最大值相等，角頻率相同，相位互差120%如

圖2-22所示。

eA=Emsrncot

0

eB=Emsin（69/-120）

特別強(qiáng)調(diào)對(duì)稱的

特點(diǎn)

2.三相電源的星形連接方式

通常將發(fā)電機(jī)三相繞組的末端X、Y、Z連接在一起，這個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)N稱為中性點(diǎn)，自該點(diǎn)引

出的輸電線叫做中線，俗稱零線，中線用藍(lán)色標(biāo)志；從三相繞組的首端A、B、C引出的三根

輸電線，稱為相線，俗稱火線，三相線可分別用黃、綠、紅三種顏色標(biāo)志.

可提供兩種電壓：線電壓和相電壓。

可得線電壓與相電壓的關(guān)系力3=同A乙3V,即線電壓的有效值U,是相電壓心的

百倍，即=Up,相位超前相應(yīng)的相電壓30、

（二）三相負(fù)載的星形（丫）連接

將三相負(fù)載分別接在三相電源的相線和中線之間，每相負(fù)載的電壓等于電源的相電壓，稱

為三相負(fù)載的星形（丫）連接。

三相四線制各相電源與各相負(fù)載經(jīng)中線構(gòu)成各自獨(dú)立的回路，可以利用單相交流電的分

析方法對(duì)每相負(fù)載進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)算。即

■■■

；■.UB.Uc

根據(jù)KCL,得中線的電流

????

/N=/A+/B+/C'

如果三相負(fù)載對(duì)稱，則=/：+，B+ic=0,中線可以省略。

（三）三相負(fù)載的三角形（△）連接

三相負(fù)載依次接在三相電源的相線與相線之間，構(gòu)成了三相負(fù)載的三角形△連接。由此可

得每相負(fù)載的電壓是電源的線電壓?

每相負(fù)載的電流

???

?UAB*UBC；UCA

1ah=,1be=,1ca=每一相電路按單

Z°bZM相交流電路的方

線電流與相電流的關(guān)系法分析。

1A=13-晨0.=/lai>30°

（四）三相負(fù)載的電功率

三相負(fù)載無論對(duì)稱與否，無論作何種接法，負(fù)載總的有功功率為：

P=P"”b+PC

三相總的無功功率等于各相無功功率的代數(shù)和

Q=2,+2〃+Q,（2-68）

三相總的視在功率根據(jù)功率三角形可得

本章小結(jié)

1.隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)稱為交流電或正弦量。幅值、頻率和初

相是正弦交流電的三要素，知道了三個(gè)參數(shù)，就可確定這個(gè)交流電。交流電的有效值是根據(jù)

電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，有效值與幅值的關(guān)系：。

2.正弦交流電有瞬時(shí)表達(dá)式，波形圖和相量法三種表示法。相量法是利用復(fù)數(shù)的運(yùn)算方

法對(duì)正弦交流電進(jìn)行分析和計(jì)算。直流電路的分析方法和定律同樣適用于相量法分析正弦交

流電路。

3.單一參數(shù)的交流電路

純電阻電路：U=R1,電壓與電流同相位，PR=UI=廣R,2=0；

2

純電感電路：仃,電壓超前電流90°,PL^0,QL=UI=IXL=—；

x.

D-----2r

2

純電容電路：，電壓滯后電流90°,Pc=0,Cc=W=/Xc=—?電

阻為耗能元件，電感、電容均為儲(chǔ)能元件。

4.RLC串聯(lián)電路，電壓與電流的關(guān)系

U=I[R+j(XL-Xc)]=/Z

/x_x

Z為復(fù)阻抗，阻抗|z|=JR2+(X「XC)2,阻抗角e=arctan匚G

R

各種功率和功率因數(shù)

P=UICQS(pW

Q=UIsin(pVar

S=UI=b+.2va

P

COS。--

以上關(guān)系可借助三個(gè)相似三角形來幫助記憶。

1I與：同相。特點(diǎn)是阻

5.RLC串聯(lián)諧振的條件是XL=XC,諧振頻率為4

2周LC

抗最小以|=R,電流最大，即=2；如果gL>>此則/o=Uco=QU，串聯(lián)諧振又

R

稱電壓諧振。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)歸

納和總結(jié)

___!___,1與j

并聯(lián)諧振在R<<XL時(shí)，其諧振條件也為Xz=Xc諧振頻率為人

2兀4LC

同相。特點(diǎn)是阻抗最大，總電流L)最小，線圈或電容支路的電流可比總電流大很多倍。

6.提高功率因數(shù)的意義是充分發(fā)揮電源的利用率，減小線路上的電壓和功率損失。感性

負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)容量的電容器可以提高功率因數(shù)，并聯(lián)電容的大小按下式求得：

P

C=-----(tan6-tan(p)。

①u-

7.三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的幅值相等、頻率相同、相位互差120°的三相對(duì)

稱交流電。三相發(fā)電機(jī)繞組星形連接時(shí)，若采用三相四線制供電，可給負(fù)載提供線電壓和相

電壓兩種電壓，且5=6Up,在相位上，線電壓超前相電壓30°。

8.三相負(fù)載有星形連接和三角形連接兩種方式。如果三相負(fù)載對(duì)稱，三相有功功率

P=3UJ,coscp=?3cos°。中線上不允許接熔斷器及開關(guān)。

單元一：線性電路的過渡過程

知識(shí)目標(biāo)：

?了解換路及一階線性電路過渡過程的概念及物理意義；

?掌握換路定律，并會(huì)應(yīng)用換路定律求動(dòng)態(tài)電路的初值；

?掌握一階RC、RL電路的零輸入響應(yīng)的求解方法：

教學(xué)?掌握一階RC、RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)的求解方法；

目標(biāo)?掌握三要素法求解一階RC、RL電路的全響應(yīng)。

能力目標(biāo)：

能利用換路定律解決實(shí)際問題，會(huì)用三要素法解一階線性電路的全響應(yīng)。

素質(zhì)目標(biāo)：

培養(yǎng)學(xué)生接受新知識(shí)的能力。

教學(xué)

一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)；零輸入響應(yīng)及全響應(yīng)。

重點(diǎn)

教學(xué)

一階電路的全響應(yīng)

難點(diǎn)

教學(xué)

演示；教學(xué)板書；電子課件

手段

教學(xué)

4H

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)注釋

線性電路的過渡過程

(-)換路定律

4(o+)=4(o_)

uc(O+)=wc(O_)強(qiáng)調(diào)什么是換路

在運(yùn)用換路定律求取電路變量的初始值時(shí).，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

⑴換路定律只適用于換路瞬間電感的初始電流乙(0+)和電容的初始電壓〃C(0+)。

(2)一般先根據(jù)。＜0時(shí)的電路求出zt(0_)或々(J)，由式(3-D或式(3-2)即

可得乙(0+)或〃c(0+)，再結(jié)合電路其他參數(shù)確定t=0+時(shí)刻，電路中其他電壓和電流的初始

值。

(3)對(duì)于直流激勵(lì)，換路前及很長(zhǎng)時(shí)間后的穩(wěn)定狀態(tài)，電容元件可視為開路，電感元件

可視為短路。

(4)對(duì)于己儲(chǔ)能的電容和電感，在換路瞬間，即t=0+時(shí)刻，可分別將電容電壓作為電

壓源和將電感電流作為電流源處理。

(-)一階RCRL電路過渡過程的分析

零輸入響應(yīng)的概念

1.RC電路的過渡過程分析

(1)RC電路的零輸入響應(yīng)

只含有一個(gè)儲(chǔ)能元件的電路稱為一階電路。所謂RC電路的零輸入響應(yīng)，是指動(dòng)態(tài)電路

在沒有獨(dú)立電源激勵(lì)時(shí)，由初始狀態(tài)”c(0+)產(chǎn)生的電路響應(yīng)。

t/

RC

uc=UQe=Uoe7

(2)RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)

零狀態(tài)響應(yīng)的概念

所謂HC電路的零狀態(tài)，是指換路前電容元件沒有儲(chǔ)能，即人(0_)=0,在此條件下，

由外加激勵(lì)而引起的電路響應(yīng)，叫做RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)。

rr

uc=u：+%=U$—U$e=Us(1—e)

(3).RC電路的全響應(yīng)

所謂EC電路的全響應(yīng)，是指電源激勵(lì)電容元件的初始狀態(tài)4(0+)均不為零時(shí)電

路的響應(yīng)，也就是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的疊加。

對(duì)于圖3-4所示的電路，如果電容元件有初始電壓"c(°+)=U。，^0時(shí)，電路方程

為

RC^^-+uc=U、

dtc'

其解的形式如下

_1全響應(yīng)的兩部分

uc=uc+“c=Us+AeRc

由初始條件：”c(0+)="c(O-)=Uo，代入上式得A=Uo-Us。所以，電容上電壓的表達(dá)式

為

%=U,+0o一/高

例3-5圖3-7所示電路中，開關(guān)S斷開前電路處于穩(wěn)態(tài)。設(shè)已知Us=20V,R產(chǎn)&=lk。,

C=1〃F。求開關(guān)打開后，氣和法的解析式，并畫出其曲線。

解選定各電流電壓的參考方向如圖所示。

因?yàn)閾Q路前電容上電流，c（。-）=0,故有

U、

Zl(0_)=z2(0_)=

/?1+R)

20V

-1O'Q+1()3Q

=10x10-34=10梯

換路前電容上電壓為

33強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)

Mc(())=Z2(())/?2=l()x1()-xlxlO=1()V

即I/Q=10V圖3-7例3-5圖

由于U0<U、，所以換路后電容將繼續(xù)充電，其充電時(shí)間常數(shù)為

T=RC=1X103QX1X10-65=]Q-3S=1/m

將上述數(shù)據(jù)代入式(3-13),(3-14),得

t_t_

=20V+(10-20)/^V=20-10e-in00,V

uc=Us

z.￡^￡0/=20-10=oou_IOO()^=1Oe-woo(AM

cR1000

uc,ic隨時(shí)間的變化曲線如圖3-8所示

（三）一階RL電路的過渡過程的分析

1.RL串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)

圖3-9是RL串聯(lián)電路。換路前，開關(guān)S合在位置2上，電路處于穩(wěn)定狀態(tài),/（）=%。

在t=0時(shí)刻，將開關(guān)S從位置2合到位置1上，使電路脫離電源，被短路。有一個(gè)電感

能量消耗的過程。下面分析它的過渡過程。

居基爾霍夫電壓定律，當(dāng)f?0,電路方程+4=0,

即

吟+通=。(3-15)

其特征根

R

P=