(2024年)電工學簡明教程第三版全套課件完整版電子教案

電工學簡明教程第三版全套課件完整版電子教案12024/3/26CATALOGUE目錄課程概述與教學目標電路基礎概念與定律直流電路分析與應用交流電路基本概念與性質(zhì)三相交流電路分析與計算電機與變壓器基本原理及應用供電系統(tǒng)與安全用電常識實驗技能培養(yǎng)與操作規(guī)范22024/3/2601課程概述與教學目標32024/3/2603適用范圍適用于高職高專、成人教育等電氣類專業(yè)教學01教材內(nèi)容包括電路基礎、電機與變壓器、電氣控制、可編程控制器等內(nèi)容02教材特點簡明扼要、重點突出、注重實踐應用電工學簡明教程第三版介紹42024/3/26123掌握電工學基本概念、基本原理和基本分析方法知識目標培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力，提高實踐技能能力目標培養(yǎng)學生工程意識和創(chuàng)新意識，提高綜合素質(zhì)素質(zhì)目標教學目標與要求52024/3/26根據(jù)教材內(nèi)容和教學目標，合理安排各章節(jié)的教學內(nèi)容和順序教學內(nèi)容采用講授、討論、案例分析、實驗教學等多種教學方法，注重理論與實踐相結合教學方法教學內(nèi)容與方法62024/3/26采用平時成績、實驗成績、期末考試成績等多種評估方式，全面評價學生學習效果建立有效的學生反饋機制，及時了解學生學習情況和問題，調(diào)整教學策略和方法課程評估與反饋反饋機制評估方式72024/3/2602電路基礎概念與定律82024/3/26電路組成電路由電源、負載、導線和開關等基本元件組成，形成閉合回路以傳輸電能。基本物理量電流、電壓、功率等是描述電路狀態(tài)的基本物理量，其中電流表示電荷的流動速率，電壓表示單位時間內(nèi)通過導體的電荷數(shù)所產(chǎn)生的電勢差，功率則表示單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)換、使用或耗散的電能。電路組成及基本物理量92024/3/26歐姆定律指出，在閉合電路中，電流與電壓成正比，與電阻成反比，即I=U/R，其中I表示電流，U表示電壓，R表示電阻。歐姆定律歐姆定律是分析線性電阻電路的基本定律，可用于計算電路中的電流、電壓和電阻等參數(shù)，還可推廣至交流電路中的復數(shù)表示形式。應用歐姆定律及其應用102024/3/26

電阻串并聯(lián)及等效變換電阻串聯(lián)電阻串聯(lián)時，總電阻等于各電阻之和，即R=R1+R2+...+Rn，串聯(lián)電路中的電流處處相等。電阻并聯(lián)電阻并聯(lián)時，總電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和，即1/R=1/R1+1/R2+...+1/Rn，并聯(lián)電路中的電壓處處相等。等效變換通過電阻的串并聯(lián)可以構成復雜的電阻網(wǎng)絡，為簡化計算，可采用等效電阻的方法進行變換，將復雜的電阻網(wǎng)絡化簡為簡單的電路形式。112024/3/26電源模型電源模型包括理想電壓源、理想電流源和實際電源等類型，其中理想電壓源和理想電流源分別具有恒定的端電壓和輸出電流，而實際電源則存在一定的內(nèi)阻。電源轉(zhuǎn)換不同類型的電源之間可以通過等效變換進行轉(zhuǎn)換，例如將理想電壓源與內(nèi)阻串聯(lián)的形式轉(zhuǎn)換為理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)的形式，以方便電路的分析和計算。電源模型及其轉(zhuǎn)換122024/3/2603直流電路分析與應用132024/3/26基爾霍夫電流定律（KCL）01在集總電路中，任何時刻，對任一節(jié)點，所有流出節(jié)點的電流代數(shù)和恒等于零?；鶢柣舴螂妷憾桑↘VL）02在集總電路中，任何時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零?；鶢柣舴蚨傻膽?3用于解決復雜直流電路中的電流、電壓計算問題，是電路分析的基礎?；鶢柣舴蚨杉皯?42024/3/26以支路電流為未知量，列寫KCL和KVL方程求解電路問題。支路電流法以節(jié)點電壓為未知量，列寫KCL方程和歐姆定律求解電路問題。節(jié)點電壓法支路電流法方程數(shù)較多，但易于列寫；節(jié)點電壓法方程數(shù)較少，但需要選擇參考節(jié)點并處理導納矩陣。兩種方法比較支路電流法和節(jié)點電壓法152024/3/26疊加定理在線性電路中，任一支路的電流或電壓，都等于電路中各個獨立電源單獨作用時，在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。戴維南定理任何一個線性有源二端網(wǎng)絡，對外電路而言，可以用一個電壓源和電阻的串聯(lián)組合等效代替，此電壓源的電壓等于該二端網(wǎng)絡的開路電壓，電阻等于該二端網(wǎng)絡內(nèi)部所有獨立源為零時的等效電阻。定理應用用于簡化復雜直流電路的分析和計算，提高解題效率。疊加定理和戴維南定理162024/3/26在負載電阻等于電源內(nèi)阻時，負載上獲得的功率最大。定理內(nèi)容定理應用注意事項用于指導實際電路設計中負載的選擇和匹配，以實現(xiàn)最大功率傳輸。最大功率傳輸定理僅適用于負載可變的情況，且要求電源和負載均為線性元件。030201最大功率傳輸定理172024/3/2604交流電路基本概念與性質(zhì)182024/3/26正弦交流電產(chǎn)生及表示方法正弦交流電產(chǎn)生當線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中就會產(chǎn)生正弦交流電。表示方法正弦交流電可以用正弦函數(shù)來表示，也可以用相量圖來表示，其中包含了振幅、角頻率、初相位等參數(shù)。192024/3/26電阻元件電阻元件對交流電的阻礙作用與頻率無關，只與電阻值有關。電感元件電感元件對交流電的阻礙作用隨頻率的升高而增大，具有通低頻、阻高頻的特性。電容元件電容元件對交流電的阻礙作用隨頻率的升高而減小，具有通高頻、阻低頻的特性。單一元件正弦交流電路性質(zhì)202024/3/26當RLC串聯(lián)電路的感抗等于容抗時，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，此時電路阻抗最小，電流最大。串聯(lián)諧振條件串聯(lián)諧振時，電感或電容上的電壓可能高于電源電壓很多倍，因此串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。串聯(lián)諧振特點串聯(lián)諧振可用于選擇信號或消除干擾，但也可能造成過電壓而損壞設備，因此需要采取相應措施進行防止。應用與防止RLC串聯(lián)諧振電路分析212024/3/26功率因數(shù)是指有功功率與視在功率之比，它反映了電源輸出的功率被有效利用的程度。功率因數(shù)定義提高功率因數(shù)可以減少線路損耗、提高電源設備利用率、節(jié)約電能等。提高功率因數(shù)意義提高功率因數(shù)的方法包括合理選擇和使用電氣設備、調(diào)整設備運行方式、安裝無功補償裝置等。提高方法功率因數(shù)提高方法222024/3/2605三相交流電路分析與計算232024/3/26三個繞組的末端連接在一起，形成一個中性點，從中性點引出導線稱為中線。相電壓等于線電壓的1/√3，線電流等于相電流。星形連接（Y連接）將三相電源或負載中的每一相的始末端依次相接。此時線電壓等于相電壓，線電流等于相電流的√3倍。三角形連接（△連接）星形連接適用于高壓、大電流場合，可降低絕緣要求；三角形連接可提高功率因數(shù)，但絕緣要求高。特點比較三相電源連接方式及特點242024/3/26負載的△連接各相負載的相電壓對稱，線電流為相電流的√3倍，中線電流不存在。對稱三相負載的功率計算P=3UpIpcosφ，其中Up為相電壓，Ip為相電流，cosφ為功率因數(shù)。負載的Y連接各相負載的相電壓對稱，線電流等于相電流，中線電流為零。對稱三相負載分析計算252024/3/26中線的作用在不對稱負載中，中線起到平衡各相電壓的作用，保證各相負載正常工作。不對稱負載的功率計算需要分別計算各相負載的功率，然后進行相加。中性點位移不對稱負載導致中性點電位發(fā)生偏移，使得各相負載的電壓不再對稱。不對稱三相負載分析計算262024/3/26三相功率的測量可采用兩表法或三表法進行測量，其中兩表法適用于三相三線制電路，三表法適用于三相四線制電路。節(jié)能措施合理選擇導線截面和材料以降低線路損耗；提高功率因數(shù)以減少無功功率的傳輸；采用高效節(jié)能的電氣設備和照明器具等。三相功率測量和節(jié)能措施272024/3/2606電機與變壓器基本原理及應用282024/3/26磁場基本知識和鐵磁材料特性磁場基本概念磁場是由磁體周圍空間存在的特殊物質(zhì)產(chǎn)生的，它對放入其中的磁體有力的作用。磁感線為了形象地描述磁場，人們引入了磁感線這一概念。磁感線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向。鐵磁材料特性鐵磁材料具有高導磁性、磁飽和性和磁滯性等特點，是電機和變壓器等電氣設備中常用的材料。292024/3/26直流電機是利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的原理制成的。當線圈通電后，會在磁場中受到力的作用而轉(zhuǎn)動。直流電機工作原理直流電機的轉(zhuǎn)速與電壓成正比，與電流成反比；轉(zhuǎn)矩與電流成正比，與磁通成反比。此外，直流電機還具有良好的調(diào)速性能和啟動性能。直流電機特性分析直流電機工作原理及特性分析302024/3/26VS異步電動機是利用電磁感應原理工作的。當定子繞組通入三相交流電后，會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導體在旋轉(zhuǎn)磁場作用下產(chǎn)生感應電流，從而受到電磁力作用而轉(zhuǎn)動。異步電動機特性分析異步電動機的轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，稱為轉(zhuǎn)差率；其轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，與電源頻率成反比。此外，異步電動機還具有結構簡單、維護方便等優(yōu)點。異步電動機工作原理異步電動機工作原理及特性分析312024/3/26變壓器是利用電磁感應原理實現(xiàn)電壓變換的電氣設備。當原邊繞組通入交流電時，會在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，從而在副邊繞組中感應出電動勢。變壓器的電壓變換比等于原邊繞組與副邊繞組的匝數(shù)比；其效率較高，一般可達95%以上。此外，變壓器還具有隔離電路、改變阻抗等作用。變壓器工作原理變壓器特性分析變壓器工作原理及特性分析322024/3/2607供電系統(tǒng)與安全用電常識332024/3/26供電系統(tǒng)基本組成包括電源、輸配電設備、用電設備等部分，確保電能從發(fā)電廠傳輸?shù)接脩舳?。供電系統(tǒng)運行方式根據(jù)負荷需求和電源情況，采用不同的運行方式，如并網(wǎng)運行、孤島運行等。供電系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性采取措施保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，防止電力故障對用戶造成影響。供電系統(tǒng)組成及運行方式030201342024/3/26接地保護原理接地保護和漏電保護原理及應用通過將電氣設備與大地連接，利用大地的導電性能將故障電流引入地下，保護人身和設備安全。漏電保護原理檢測電氣線路中的剩余電流，當剩余電流超過設定值時切斷電源，防止漏電引起的觸電事故。在住宅、工廠等場所廣泛應用，有效提高了電氣安全水平。接地保護和漏電保護應用352024/3/26安裝避雷針、避雷帶等防雷裝置，將雷電引入大地，避免雷電對建筑物和電氣設備的危害。防雷措施采用防靜電材料、保持環(huán)境濕度等措施消除靜電危害，防止靜電引起的火災和爆炸事故。防靜電措施定期對防雷和防靜電設施進行檢查和維護，確保其性能良好。防雷和防靜電安全檢查防雷措施和防靜電措施362024/3/26節(jié)約用電措施積極推廣太陽能、風能等可再生能源利用技術，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。綠色能源利用能源管理制度建立完善的能源管理制度，加強能源計量和統(tǒng)計，為節(jié)能降耗提供有力支持。采用高效節(jié)能的電氣設備、合理設置照明和空調(diào)系統(tǒng)等措施降低能耗，提高能源利用效率。節(jié)約用電和綠色能源利用372024/3/2608實驗技能培養(yǎng)與操作規(guī)范382024/3/26實驗目的要求和注意事項實驗前應檢查實驗器材是否完好，如有損壞應及時更換；實驗中應注意觀察現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)，分析原因；實驗后應整理器材，保持實驗室整潔。注意事項培養(yǎng)學生掌握電工基本實驗技能，理解電工學基本原理，提高分析問題和解決問題的能力。實驗目的學生應認真預習實驗內(nèi)容，明確實驗目的、原理、步驟和注意事項；實驗中應嚴格遵守操作規(guī)程，注意安全；實驗后應認真總結，完成實驗報告。實驗要求392024/3/26萬用表萬用表是電工實驗中常用的測量儀表，可用于測量電壓、電流、電阻等參數(shù)。使用時應注意選擇合適的量程和檔位，避免損壞儀表。示波器示波器用于觀察電信號的波形，可測量信號的幅度、頻率、相位等參數(shù)。使用時應注意調(diào)整掃描速度和觸發(fā)方式，以獲得清晰的波形。信號發(fā)生器信號發(fā)生器可產(chǎn)生各種波形和頻率的電信號，用于測試電路的頻率響應和傳輸特性。使用時應注意設置合適的信號參數(shù)和輸出阻抗。常用儀器儀表使用方法介紹402024/3/26根據(jù)實驗要求選擇合適的電路元件和器材，按照電路圖搭建電路。注意元件的極性和連接方式，確保電路正確無誤。電路搭建使用萬用表、示波器等儀表測量電路中的電壓、電流、電阻、電容等參數(shù)。注意選擇合適的量程和檔位，記錄測量數(shù)據(jù)。參數(shù)測量使用示波器觀察電路中的信號波形，分析波形的形狀、幅度、頻率等特征。注意調(diào)整示波器的掃描速度和觸發(fā)方式。波形觀察根據(jù)測量數(shù)據(jù)和波