正弦交流電路的分析與講解

1、第八章 正弦交流電路課題序號(hào)81授課班級(jí)高二機(jī)電授課課時(shí)1 授課形式新課授課章節(jié)純電阻電路使用教具課本教學(xué)目的1.純電阻電路中電壓與電流的關(guān)系。2.會(huì)用相量圖分析純電阻電路。3.掌握純電阻電路的特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1純電阻電路中電壓與電流的關(guān)系。2會(huì)用相量圖分析純電阻電路。教學(xué)難點(diǎn)會(huì)用相量圖分析純電阻電路。課外作業(yè)教學(xué)后記授課日期 年 月 日 第 課時(shí)第一節(jié)純電阻電路一、電路：1純電阻電路：交流電路中若只有電阻，這種電路叫純電阻電路。2電阻元件對(duì)交流電的阻礙作用，單位 W二、電流與電壓間的關(guān)系：1大小關(guān)系：設(shè)在純電阻電路中，加在電阻R上的交流電壓u = Um sin w t,則通過(guò)電阻R的電流的瞬時(shí)值

2、為：i = = Im sin w tIm = I = = =I = ：純電阻電路中歐姆定律的表達(dá)式，式中：U、I為交流電路中電壓、電流的有效值。2相位關(guān)系：（1）在純電阻電路中，電壓、電流同相。（2）表示：解析式、相量圖和波形圖。例：在純電阻電路中，電阻為44 W，交流電壓u = 311 sin ( 314 t + 30 ) V，求通過(guò)電阻的電流多大？寫(xiě)出電流的解析式。練習(xí)：已知交流電壓u = 220sin ( 314 t + 45 ) V，它的有效是 ,頻率是 ，初相是 。若電路接上一電阻負(fù)載R = 220 W,電路上電流的有效值是 ，電流的解析式是 。小結(jié)：1純電阻電路中歐姆定律的表達(dá)式。

3、2電阻兩端的電壓和通過(guò)電阻的電流的關(guān)系。課題序號(hào)8-2授課班級(jí)高二機(jī)電授課課時(shí)1授課形式新課授課章節(jié)純電感電路使用教具課本教學(xué)目的1了解扼流圈和電感對(duì)交流電的阻礙作用。2掌握感抗的計(jì)算。3掌握純電感電路中電流與電壓的關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)1掌握感抗的計(jì)算。2掌握純電感電路中電流與電壓的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)純電感電路中電流與電壓的關(guān)系。課外作業(yè)3填充題（1）（4）。4計(jì)算題（1）。教學(xué)后記授課日期 年 月 日 第 課時(shí)課前復(fù)習(xí)：電阻元件上電流、電壓之間的關(guān)系1大小關(guān)系2相位關(guān)系第二節(jié)純電感電路一、電路：二、電感對(duì)交流電的阻礙作用：1演示： 電感在交、直流電路中的作用2分析與結(jié)論：電感線圈對(duì)直流電和交流電的阻礙

4、作用是不同的。對(duì)于直流電起阻礙作用的只是線圈電阻，對(duì)交流電，除線圈電阻外，電感也起阻礙作用。（1）電感對(duì)交流電有阻礙作用的原因。（2）感抗：電感對(duì)交流電的阻礙作用。用XL表示，單位：W。（3）感抗與、L有關(guān)： L越大，XL就越大，f越大，XL就越大。 XL與L、f有關(guān)的原因。 XL = w L = 2 p f L單位：XL歐姆（W）；f 赫茲（Hz）；L 亨利（H）。（4）電感線圈在電路中的作用：通直流、阻交流，通低頻、阻高頻。（5）應(yīng)用：低頻扼流圈：用于“通直流、阻交流”的電感線圈叫低頻扼流圈。高頻扼流圈：用于“通低頻、阻高頻”的電感線圈叫高頻扼流圈。三、電流與電壓之間的關(guān)系：1大小關(guān)系：I

5、 =Im=( i )2相位關(guān)系：（1）電流落后電壓。（2）表示 ：解析式、相量圖和波形圖。練習(xí)：已知交流電壓u = 220sin ( 314 t + 45 ) V，它的有效值是 ，頻率是 ，初相是 。若電路接上一純電感負(fù)載XL = 220 W，則電路上電流的有效值是 ，電流的解析式 。小結(jié)：1純電感電路中歐姆定律的表達(dá)式。2感抗的計(jì)算式。3電感兩端的電壓和通過(guò)電感的電流的相位關(guān)系。4電感線圈在電路中的作用。課題序號(hào)83授課班級(jí)高二機(jī)電授課課時(shí)1授課形式新課授課章節(jié)純電容電路使用教具課本教學(xué)目的1掌握電容對(duì)交流電的阻礙作用及容抗的計(jì)算。2了解隔直電容和旁路電容。3掌握在純電容電路中電壓和電流的關(guān)

6、系。教學(xué)重點(diǎn)1容抗的計(jì)算。2純電容電路中電壓和電流的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)純電容電路中電壓和電流的關(guān)系。課外作業(yè)2選擇題（1）（3）。4問(wèn)答與計(jì)算題（2）。教學(xué)后記授課日期 年 月 日 第 課時(shí)課前復(fù)習(xí)：電感元件上電流、電壓之間的關(guān)系1大小關(guān)系2相位關(guān)系第三節(jié)純電容電路一、電路：二、電容對(duì)交流電的阻礙作用：1演示：電容在交、直流電路中的作用結(jié)論：直流電不能通過(guò)電容器，交流電能“通過(guò)”電容器。原因：當(dāng)電源電壓增高時(shí)，電源給電容器充電，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，充放電交替進(jìn)行。2分析和結(jié)論：（1）電容對(duì)交流電的阻礙作用叫容抗。用XC表示。（2）XC與、C有關(guān)XC =（3）分析：為什么會(huì)產(chǎn)生XC，為什么

7、XC ，XC （4）電容器在電路中的作用：通交流、隔直流；通高頻、阻低頻。（5）應(yīng)用：隔直電容：使交流成分通過(guò)，而阻礙直流成分通過(guò)，做這種用途的電容器叫隔直電容。高頻旁路電容：高頻成分通過(guò)電容器，而使低頻成分輸入到下一級(jí)，做這種用途的電容器叫高頻旁路電容。三、電流與電壓的關(guān)系：1大小關(guān)系：I = Im=(i )2相位關(guān)系（1）電流超前電壓（2）表示：解析式、波形圖、相量圖。練習(xí)：已知交流電壓u = 220sin ( 314 t + 45)V，它的有效值是 ，頻率是 ，初相是 。若電路接上一純電容負(fù)載XC = 220 W，則電路上電流的有效值是 ，電流的解析 。小結(jié)：1純電容電路中歐姆定律的表達(dá)

8、式。2容抗的計(jì)算式。3電容兩端的電壓和通過(guò)電容的電流的相位關(guān)系。4電容器在電路中的作用。課題序號(hào)84授課班級(jí)高二機(jī)電授課課時(shí)2授課形式新課授課章節(jié)電阻、電感、電容的串聯(lián)電路使用教具課本教學(xué)目的1會(huì)用相量圖分析和計(jì)算簡(jiǎn)單的交流電路（RL C串聯(lián)電路）。2掌握RLC串聯(lián)電路中端電壓與電流的相位關(guān)系及端電壓和電流的大小關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)會(huì)用相量圖分析、計(jì)算RLC串聯(lián)電路教學(xué)難點(diǎn)1畫(huà)相量圖。2端電壓與電流的相位關(guān)系。課外作業(yè)計(jì)算題（3）（6）。教學(xué)后記授課日期 年 月 日 第 課時(shí)課前復(fù)習(xí)：填表電阻元件電感元件電容元件對(duì)交流電的阻礙作用電壓、電流的大小關(guān)系電壓、電流的相位關(guān)系相量圖（以電流為參考相量）第四

9、節(jié)電阻、電感、電容的串聯(lián)電路一、RLC串聯(lián)電路：由電阻、電感、和電容相串聯(lián)所組成的電路叫RLC串聯(lián)電路。1電路：設(shè)在上述電路中通過(guò)的正弦交流電流為I = Im sint則： uR = Im R sintuL= ImXL sin(t+)= ImL sin(t+) uC = Im XC sin (t -) = Im sin (t-)uAB = uR + uL+ uC2相量圖：（以電流為參考相量）圖（1）3端電壓與電流的關(guān)系：（1）大小關(guān)系：電壓三角形：電路的端電壓與各分電壓構(gòu)成一直角三角形，叫電壓三角形。（圖（1）RLC串聯(lián)電路中歐姆定律的表達(dá)式：I = Z=Z 阻抗單位：歐姆(W)U = 電抗：

10、感抗與容抗之差叫電抗。用X表示 X = XL-XC單位：歐姆（W）阻抗三角形 （圖（2）阻抗角：Z與R兩邊的夾角j = arctan= arctan 圖（2）（2）相位關(guān)系：當(dāng)XL XC時(shí)，端電壓超前電流j 角，電路呈電感性，稱為電感性電路。j = j u - j i = arctan ( UL-UC / UR 0當(dāng)XL XC時(shí)，端電壓滯后電流 j 角，電路呈電容性，稱為電容性電路。j = j u - j I = arctan (UL-UC) / UR XCXL XC（2）XL XC時(shí)，總電流超前端電壓 j 角，電路呈電容性。 當(dāng)XL XC 時(shí)，總電流滯后端電壓 j 角，電路呈電感性。 當(dāng)XL

11、 = XC時(shí)，則IL = IC ，端電壓與總電流同相，電路呈電阻性，電路的這種狀態(tài)叫并聯(lián)諧振。其中：總電流與端電壓的相位差為：j = j i - j u= - arctan = - arctan= - arctan XC ，則電路呈容性。(3) |Z|= U/I= 120/2.6 W = 46 W。四、RLC并聯(lián)電路的二個(gè)特例：1當(dāng)XC 則IC = 0，此電路為RL并聯(lián)電路（1）相量圖：以電壓為參考相量（2）總電流與電壓的大小關(guān)系I = 電流三角形I =| Z |=導(dǎo)納三角形（3）總電流與電壓的相位關(guān)系電壓超前總電流 j 角，電路呈電感性j = - arctan= - arctan2當(dāng)XL則I

12、L= 0，此電路為RC并聯(lián)電路 （1）相量圖：以電壓為參考相量（2）總電流與電壓的大小關(guān)系I = 電流三角形I = |Z| = 導(dǎo)納三角形（3）總電流與電壓的相位關(guān)系 總電流超前電壓 j 角，電路呈電容性j = arctan = arctan 例2：已知在 RL 并聯(lián)電路中，R = 50 W，L = 0.318 H，工頻電源 f = 50 Hz，電壓 U = 220 V，試求：(1) 求各支路電流 IR、IL、總電流 I ；(2) 等效阻抗大小 |Z| ；(3) 電路呈何性質(zhì)。解：(1)由 IR = U/R = 220/50 A = 4.4 A，XL = 2pfL 100 W，IL = U/X

13、L = 2.2 A可得： (2) |Z| = U/I = 220/4.92 W = 44.7 W(3) 在 RL 并聯(lián)電路中，BC = 0，BL 0，則 B = BC - BL XCXL R時(shí)，可得 ：XL XC（3）諧振頻率0 = 當(dāng)0L R時(shí)0 ；f0 3諧振時(shí)電路的特點(diǎn)：（1）電路的阻抗最大，且為純電阻|Z0| =（2）電路中電流最小，且與端電壓同相I0= = （3）電感和電容上的電流接近相等，并為總電流的Q倍。在一般情況下，0L R，R可忽略不計(jì)，則： IC IRL = R = = Q I0Q = 電路的品質(zhì)因數(shù)并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振的諧振曲線形狀相同，選擇性和通頻帶也一樣。例1：如圖 8

14、-11 所示電感線圈與電容器構(gòu)成的 LC 并聯(lián)諧振電路，已知 R = 10 W，L = 80 mH，C = 320 pF。 試求：(1) 該電路的固有諧振頻率 f0、通頻帶 B 與諧振阻抗 |Z0|；(2) 若已知諧振狀態(tài)下總電流 I = 100 mA，則電感 L 支路與電容 C 支路中的電流 IL0、IC0 為多少？解：（1）(2) IL0 IC0 = Q0I = 5 mA。三、并聯(lián)諧振的應(yīng)用：要使L、C回路兩端得到f0的信號(hào)電壓，則必須調(diào)節(jié)回路中的電容C，使L、C回路在頻率f0處諧振，這樣L、C回路對(duì)f0信號(hào)呈現(xiàn)阻抗最大，并為純電阻性，所以各電路上的電壓是與電阻大小成正比，故f0信號(hào)的電壓

15、將在L、C回路兩端有最大值，而其他頻率信號(hào)的電壓由于L、C回路失諧后的阻抗小于諧振時(shí)的阻抗，故在它兩端所分配的電壓將小于f0信號(hào)的電壓。練習(xí)：?jiǎn)柎鹋c計(jì)算題（9）、（10）小結(jié)：1并聯(lián)諧振的條件。2電感線圈和電容器的并聯(lián)諧振的特點(diǎn)。3兩種諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。授課日期 年 月 日 第 課時(shí)課題序號(hào)88授課班級(jí)高二機(jī)電授課課時(shí)2授課形式新課授課章節(jié)交流電路的功率使用教具課本教學(xué)目的1理解交流電路中有功功率、無(wú)功功率、視在功率和功率因數(shù)的概念，明確提高功率因數(shù)的意義。2掌握用并聯(lián)電容器提高電路功率因數(shù)的方法。教學(xué)重點(diǎn)1各種功率的計(jì)算以及功率因數(shù)的概念。2提高電路功率因數(shù)的方法。教學(xué)難點(diǎn)提高電路功率因數(shù)

16、的分析和電容值的計(jì)算。課外作業(yè)問(wèn)答題與計(jì)算題（11）（14）教學(xué)后記課前復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)直流電路功率的計(jì)算方法從而引入本課題。第八節(jié)交流電路的功率一、電路的功率：瞬時(shí)功率：電壓瞬時(shí)值u和電流瞬時(shí)值i的乘積稱為瞬時(shí)功率。用p表示p = u i1電阻元件上的功率：（1）波形圖法討論： 作u、i的波形圖； 作出p的波形圖（2）函數(shù)法討論：設(shè)u = URm sint，則i = Im sintp = u i = URm sint Im sint= URm Im = URI - URI cos2t（3）平均功率（有功功率）：瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。用P表示。單位：W(瓦)、kW(千瓦)。P = Pm=UR

17、I = URI通常所說(shuō)電器消耗的功率都是指有功功率。（4）結(jié)論：P 0，電阻元件是耗能元件；P = IUR（W），有功功率（平均功率）。2純電容電路的功率：（1）波形圖法討論： 作u、i的波形圖；作出p的波形圖 （2）函數(shù)法討論：設(shè)u = UCm sint，則i = Im sin(t + 90)p = u i = UCm sint Imsin (t + 90)= Im UCm sint cost=Im UCm sin2t =UC I sin2t（3）結(jié)論：p = 0，說(shuō)明電容元件不消耗功率，它是儲(chǔ)能元件。無(wú)功功率：瞬時(shí)功率的最大值。用QC表示。單位：var（乏）、 kvar（千乏）。QC =

18、UC I3純電感電路的功率：（1）波形圖法討論：作u、i的波形圖；作出p的波形圖。（2）函數(shù)法討論：設(shè)i = Im sint，則u = ULmsin(t + 90)p = u i = ULm Im sint cost= ULmIm sin2t= ULI sin2t（3）結(jié)論：p = 0，說(shuō)明電感線圈不消耗功率，它是儲(chǔ)能元件。QL= ULI（var），無(wú)功功率。4RLC串聯(lián)電路的功率：（1）P = URI = U cos j I = U I cos j（2）Q = QL- QC =（UL UC）I = U I sinj（2）視在功率：總電壓有效值與電流有效值的乘積叫視在功率。S = UI，單位：

19、VA（伏安）、kVA（千伏安）（3）討論：當(dāng)cosj = 1時(shí)，則電路消耗的功率與視在功率相等。當(dāng)cosj 1時(shí)，則電路消耗的功率總小于視在功率；當(dāng)cosj = 0時(shí)，則電路的有功功率等于零，這時(shí)電路與純電感、純電容電路相同。（4）功率三角形S =公式：P = UI cosj；Q = UI sinj；S = UI 適用于任何交流電路。j 電路總電壓和總電流的相位差。電路的有功功率表示電路中所消耗的功率，電路的視在功率表示電源所能提供的功率。二、功率因數(shù)：1定義：電路的有功功率與視在功率的比值。它表示電能的利用率。l = cosj = 2提高功率因數(shù)的意義（1）功率因數(shù)越大，則說(shuō)明電源能量的利用率越高。（2）在同一電壓下，輸送一定的功率