城市軌道交通電工電子技術(shù) 第2版 教案 項目二 正弦交流電路

教師課時授課計劃教師所在部門：機電系學(xué)期授課計劃的授課順序號：15授課日期授課班級電技1401電技1402課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：2.1正弦交流電的基本知識2.2正弦交流電路的分析和運算本次授課目的與要求:目的：1.理解并掌握正弦交流電的三要素。2.能寫出解析式、畫出波形圖、比較相位關(guān)系。新課教法選擇：講授法、練習(xí)法、引導(dǎo)、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結(jié)規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：角頻率、最大值和有效值、初相位解決措施：數(shù)形結(jié)合，練習(xí)數(shù)學(xué)知識。日?？己藢ο笈c評價：復(fù)習(xí)舊課要點：（0分鐘）新課引入要點：（3分鐘）交流電鞏固新課要點：（5分鐘）三要素及相應(yīng)公式課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日2.1正弦交流電的基本知識2.2正弦交流電路的分析和運算引入：1、隨時間按正弦規(guī)律發(fā)生變化的交流電稱為正弦交流電。2、交流電與直流電相比有三個主要優(yōu)點：第一，交流電可以用變壓器改變電壓，便于遠(yuǎn)距離輸電。第二，交流電機比相同功率的直流電機構(gòu)造簡單，造價低。第三，可以用整流裝置，將交流電變換成所需的直流電。所以，實際中廣泛應(yīng)用交流電。3、在交流電路中，隨時間變化的量用小寫字母表示，不隨時間變化的量用大寫字母表示。內(nèi)容：一、正弦交流電的周期、頻率和角頻率1、周期：完成一次周期性變化所需用的時間叫做周期，用T表示，其單位是秒（s）。2、頻率：交流電在單位時間內(nèi)（1s）完成周期性變化的次數(shù)叫做頻率，用字母f表示，其單位是赫茲，符號為Hz。此外頻率還有常用單位千赫（kHz）和兆赫(MHz)：顯然，周期和頻率之間有倒數(shù)關(guān)系我國發(fā)電廠發(fā)出交流電的頻率都是50Hz，習(xí)慣上稱之為“工頻”。3、角頻率：單位時間內(nèi)電角度的變化量叫做角頻率，用字母ω表示，其單位是弧度每秒，符號為rad/s。顯然，角頻率和周期、頻率有如下關(guān)系交流電的有效值交流電和直流電具有不同的特點，但是從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，兩者是可以等效的。為此，引入一個新的物理量——交流電的有效值。一個直流電流與一個交流電流分別通過阻值相等的電阻，如果通電的時間相等，在電阻上產(chǎn)生的熱量也相等，那么直流電的數(shù)值就叫做交流電的有效值。其用大寫字母來表示。理論和實驗表明，正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系如下：有效值和最大值是從不同角度反映交流電強弱的物理量。通常所說的交流電的電流、電壓、電動勢的值，如不作特殊說明都是指有效值。（2）在選擇電器的耐壓時，必須考慮電壓的最大值。三、相位和相位差1、相位：任意t時刻，發(fā)電機線圈平面與中性面的夾角叫做交流電的相位。當(dāng)t=0時的相位，即叫做初相位，它反映了正弦交流電起始時刻的狀態(tài)。相位是表示正弦交流電在某一時刻所處狀態(tài)的物理量，它不僅決定瞬時值的大小和方向，還能反映正弦交流電的變化趨勢。2、相位差：兩個同頻率正弦交流電，任意瞬間的相位之差就叫做相位差，用符號表示。即顯然，兩個同頻率正弦交流電的相位差，就是它們的初相之差。其與時間無關(guān)。相位差的作用是判斷兩個同頻率正弦交流電之間的相位關(guān)系，具體判斷方法如下：＞0時，叫做超前＜0時，叫做滯后=0時，叫做同相=180時，叫做反相=90時，叫做正交1、電阻元件1．電壓與電流關(guān)系瞬時值關(guān)系：數(shù)值關(guān)系：最大值關(guān)系；有效值關(guān)系相位關(guān)系：同相相量關(guān)系2．電阻元件的功率瞬時功率注：電阻元件在每一瞬間都消耗電能，所以電阻元件是耗能元件。平均功率舉例說明，課堂布置練習(xí)電感元件1．電壓與電流關(guān)系：瞬時值關(guān)系：數(shù)值關(guān)系：最大值關(guān)系：有效值關(guān)系：感抗：感抗XL與L和ω成正比，“阻交流、通直流，阻高頻、通低頻”相位關(guān)系：電壓超前電流90°。相量關(guān)系：即：相量圖2．功率（1）瞬時功率電感元件在不斷地與電源交換電能，所以電感元件是儲能元件。（2）有功功率P（平均功率）：瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值。（電感元件不消耗電能）（3）無功功率單位為“乏”（var）,工程中也常用“千乏”（kvar）河北軌道運輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時授課計劃教師所在部門：學(xué)期授課計劃的授課順序號：6授課日期授課班級課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：2.3RLC串聯(lián)電路2.4電路中的諧振本次授課目的與要求:了解電阻、電感元件在正弦交流電路中作用及相量模型；熟悉電阻、電感元件伏安特性和理解電抗的概念；新課教法選擇：講授法、練習(xí)法、引導(dǎo)、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結(jié)規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：電阻、電感元件的伏安特性及功率情況。難點：電抗概念和無功功率概念的理解。日?？己藢ο笈c評價：復(fù)習(xí)舊課要點：（3分鐘）正弦交流電的表示方法。新課引入要點：（3分鐘）電阻元件的伏安特性。鞏固新課要點：（5分鐘）鞏固純電阻、純電感、純電容電路的特點。課外作業(yè)（或復(fù)習(xí)題）習(xí)題本課小結(jié)與改進措施任課教師：教研室主任審閱：年月日年月日2.3RLC串聯(lián)電路2.4電路中的諧振一、RLC串聯(lián)電路R、L、C串聯(lián)電路如圖2-5所示，設(shè)各元件電壓的參考方向均與電流關(guān)聯(lián)，用相量表示電壓與電流之間的關(guān)系，則為U式中R+j（XL-XC）稱為電路的阻抗，用大寫Z表示，阻抗模，用│Z│表示，即Z=φ=二、RLC串聯(lián)電路端電壓與電流的大小關(guān)系1.XL>XC，則UL>UC,電壓比電流超前φ，電路呈電感性，稱電感性電路。2.XL<XC,則UL<UC,電壓比電流滯后φ，電路呈電容性，稱電容性電路。3.XL=XC,則UL=UC,電壓和電流同相，電路呈電阻性，稱電阻性電路。三、功率RLC串聯(lián)電路中，存在著有功功率P、無功功率QC和QL，它們分別為1.有功功率2.無功功率3.視在功率（電壓與電流有效值的乘積）S=P2+Q2四、諧振諧振是指電容和電感元件的線性無源二端網(wǎng)絡(luò)對某一頻率的正弦激勵（達到穩(wěn)態(tài)時）所表現(xiàn)的端口電壓與電流同相的現(xiàn)象。諧振電路分為串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。五、串聯(lián)諧振的條件Z=R+j式中，感抗XL=ωL，容抗XC=1ωc，電抗X=XL-XC阻抗角ΨZ=arctgXR均為電源角頻率ω所以電路諧振時應(yīng)滿足,X=0,XL=XC。三、串聯(lián)諧振的頻率、電路的固有頻率ω0=或f0=2.5三相交流電源2.6三相負(fù)載三相交流發(fā)動機的結(jié)構(gòu)如下圖所示（相學(xué)生展示電機實物）讓學(xué)生通過觀察回答電機的結(jié)構(gòu)情況；電動機的三相繞組各相匝數(shù)相等、結(jié)構(gòu)相同，始端在空間位置上也相差1200。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度ω逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，由于三個繞組的空間位置彼此相隔1200，所以，當(dāng)?shù)谝幌嚯妱觿莸阶畲笾担诙噢D(zhuǎn)過1/3周后,其電動勢才能達到最大值，也就是第一相電動勢超前第二相電動勢1200相位;同樣,第二相電動勢超前第三相電動勢1200相位,第三相電動勢超前第一相電動勢1200相位。有上可知；三相交流電源是三個單相交流電源按規(guī)定方式進行的組合，這三個單相交流電源的幅值相等、頻率相同、相位互差p(120°)講授新課：一、三相電動勢的產(chǎn)生振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120°的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。對稱三相電動勢瞬時值的數(shù)學(xué)表達式為第一相(U相)電動勢：e1=Emsin(wt)第二相(V相)電動勢：e2=Emsin(wt-120°)第三相(W相)電動勢：e3=Emsin(wt+120°)三相電動勢達到最大值(振幅)的先后次序叫做相序。上述的三個電動勢的相序是第一相（U相）第二相（V相）第三相（W相），這樣的相序叫正序或順相序；反之，稱為負(fù)相序或逆相序。相序是一個十分重要的概念，為使電力系統(tǒng)能夠安全可靠地運行，通常統(tǒng)一規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般在配電盤上用黃色標(biāo)出U相，用綠色標(biāo)出V相，用紅色標(biāo)出W相。二、三相電源的連接三相發(fā)動機的每一個繞組都是獨立的電源，均可單獨給負(fù)載供電，但這樣需要六根線供電。實際上，三相電源是按照一定的方式連接之后，再向負(fù)載供電的，有星形(亦稱Y形)接法和三角形(亦稱D形)接法兩種。通常采用星形接法。從三相電源三個相頭U1、V1、W1引出的三根導(dǎo)線叫作端線或相線，俗稱火線；Y形公共聯(lián)結(jié)點N叫作中點，從中點引出的導(dǎo)線叫做中線或零線；由三根相線和一根中線組成的輸電方式叫做三相四線制(通常在低壓配電中采用)。1、振幅相等、頻率相同，在相位上彼此相差120°的三個電動勢稱為對稱三相電動勢。對稱三相電動勢瞬時值的數(shù)學(xué)表達式為第一相(U相)電動勢：e1=Emsin(wt)第二相(V相)電動勢：e2=Emsin(wt-120°)第三相(W相)電動勢：e3=Emsin(wt+120°)且e1+e2+e3=02、三相電源的星形(Y形)接法時三個線電壓是對稱的。大小(有效值)均為U12=U23=U31=UL=UP；線電壓比相應(yīng)的相電壓超前30°。設(shè)三相電源的相電壓為U，當(dāng)電源采用星形接法時，請同學(xué)們寫出三相相電壓和線電壓的解析式并畫出它們的向量圖。三、負(fù)載Y形聯(lián)結(jié)三相負(fù)載Y聯(lián)接的特點：1)負(fù)載端的線電壓＝電源線電壓。2)負(fù)載的相電壓＝電源相電壓。3)三相負(fù)載星形連接時，線電流＝相電流。I△L=I△P4)電源的線電壓是相電壓的倍，負(fù)載的線電壓是相電壓的倍，線電壓超前相電壓。U△L=UP四、負(fù)載△聯(lián)結(jié)將三相負(fù)載分別連接到三相電源的兩根相線之間，這種連接方式稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)。每相負(fù)載都直接連接在兩根相線之間，因此，負(fù)載的相電壓與電源的線電壓相等。UP=UL(2-6-3)當(dāng)三相負(fù)載對稱時，即各相負(fù)載完全相同，相電流和線電流也一定對稱。負(fù)載的相電流為線電流IL等于相電流IP的倍，即河北軌道運輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時授課計劃教師所在部門：學(xué)期授課計劃的授課順序號：7授課日期授課班級課程名稱：電工電子技術(shù)本次課的章節(jié)標(biāo)題：2.5三相交流電源2.6三相負(fù)載本次授課目的與要求:了解三相交流電產(chǎn)生的原理及三相電的特點。掌握三相四線制電源的線電壓，相電壓及它們的關(guān)系。新課教法選擇：講授法、練習(xí)法、引導(dǎo)、點撥法（展開聯(lián)想、拓展思路）、討論法（積極參與、總結(jié)規(guī)律）新課難點、重點與解決措施：重點：三相電路線電