电工电子教案.doc

电工电子教案李红岩教学目标教材分析课时安排教学要求教材分析教学方法教学内容课堂小结课后记教学要求 教材分析教学方法教学内容课后记教学要求 教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求 教材分析教学方法教学内容课后记教学要求 教材分析教学方法教学内容课后记教学目标教材分析课时安排教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学目标教材分析课时安排教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学目标教材分析课时安排教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学要求教材分析教学方法教学内容课后记教学目标教材分析课时安排第 1 章 电路分析基础了解电路分析基础知识；理解电路基本物理量和基本元器件；掌握电路基本分析方法及方法的选择。重点：电路三大基本元件的特性；基尔霍夫定律及其应用难点：参考方向的理解和掌握；应用基尔霍夫定律对电路进行分析的方法；戴维南定理的应用1.1 电路和电路模型 1课时1.2 电路的基本物理量 2课时1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态 2课时1.4 线性电路元件及其伏安特性 2课时1.5 基尔霍夫定律 2课时1.6 叠加定理 1课时绪 论一、电工电子技术课程简介1、课程性质2、主要内容和任务3、与本专业关系二、电工电子技术的发展简史与现状三、教学安排四、学习方法与基本要求1.1 电路和电路模型熟悉电路的基本组成及各部分作用；理解电路模型的概念。重点：电路模型讲授法一、电路1、电路：电流通过的路径。2、电路的组成：电源（信号源）：电路中提供电能（信号）的装置。如发电机、蓄电池等。负载：电路中接收电能（信号）的设备。如电动机、扬声器等。中间环节：电源（信号源）和负载之间的连接、控制和保护部件，如导线、开关、运算放大器、各种继电保护设备等。3、电路的功能：电力电路：传输、分配、转换电能；电子电路：传递、存储、处理信号。二、电路模型电路模型：与实际电路相对应、由理想电路元件构成的电路图，称为实际电路的电路模型。电源负载负载电源开关实际电路ISUs+_Ro中间环节电路模型RL+ U导线理想电路元件分有源、无源两大类：电阻元件R无源二端元件电感元件L电容元件C理想电压源+ UsIs有源二端元件理想电流源本书研究的电路是实际电路的电路模型。某些实际器件可用一个理想电路元件代替，某些实际器件需用几个理想电路元件的组合来代替。电路模型就是用理想电路元件代替实际器件组成的电路。学生听课状态良好。1.2 电路的基本物理量理解电路的主要物理量的概念；理解电压、电流参考方向的概念及其在电路分析中的作用；熟练掌握电功率的计算。重点：电路中的电压、电流及其参考方向； 功率的计算难点：参考方向的概念及其应用讲授法复习提问1. 电路的组成与功能？2. 电路模型？3. 理想电路元件的分类？引入新课电路分析的最终目标是分析电路的电压、电流、功率。讲授新课一、电流1、定义：电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。2、大小： 直流情况下3、单位：安培(A), 千安(kA), 毫安(mA), 微安(A)1A=103mA=106A=109nA4、方向：正电荷定向移动的方向5、参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向。电路中用箭头表示。问题：为什么要设参考方向？电流方向BA？电流方向AB？U1ABRU2IREg.解决方法：(1) 先设定一个正方向，作为参考方向；(2) 根据参考方向和电路的基本定律，列出物理量间相互关系的代数表达式；(3) 根据计算结果确定实际方向:若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。二、电压1、定义：电压是电路中产生电流的根本原因。电压等于电路中两点电位之差。电路中a、b两点间的电压定义为电场力把单位正电荷由a点移至b点所做的功。2、大小： 直流情况下3、单位：伏(V), 千伏 (kV), 毫伏 (mV), 微伏(V)1V=103mV=10-3KV4、方向：由高电位指向低电位5、参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向。电路中用箭头/“+ -”极性/双下标表示。_+正负号abUab（高电位在前，低电位在后） 双下标箭 头ab表示电流、电压的参考方向：关联参考方向：电流、电压参考方向一致。相反，为非关联参考方向。1、对负载元件应选取关联参考方向，对电源元件选取非关联参考方向；2、参考方向一经选定，在计算过程中不允许变更；3、电量的真实方向以计算结果和参考方向二者共同确定。三、电功率1、定义：单位时间内电流所做的功。是用来表示电流做功快慢的物理量。2、大小： 3、单位：MW, kW, W,mW1W=10-3kW=10-6MW=103mW4、功率与电压、电流的关系u、i取关联参考方向时：p =ui；u、i取非关联参考方向时：p =-ui5、元件功率性质的判别：(1) 根据计算结果的正负取值判别：p0，吸收功率，为负载；p0，发出功率，为电源(2) 根据电压、电流的实际方向判断：u、i实际方向相同，吸收功率，为负载；u、i实际方向相反，发出功率，为电源6、功率平衡在一个完整的电路内，电功率平衡，即总发出功率等于总的吸收功率。 P发出=P吸收 Eg.已知I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V，求各元件功率，判断其功率性质，并分析电路的功率平衡关系。解：元件A：U、I取非关联方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收10W功率，负载。元件C：U、I取关联方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收10W功率，负载。P1+P2+P3=10+6+4=0，功率平衡。四、电能1、定义：电流通过负载所做的功。电流做功所消耗电能的多少可以用电功来量度。2、大小： 3、单位：五、效率1、定义：输出功率与输入功率的比值2、大小： 反馈练习已知U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A，试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡。（元件1，3，4 ，5为负载；元件2为电源。）课堂小结在分析电路时，首先需假定电路中支路电流和电压的参考方向。当电压和电流为正值时，实际方向和参考方向一致；当电压和电流为负值时，实际方向和参考方向相反。当元件电流和电压参考方向一致时，该元件为关联参考方向；否则，为非关联参考方向。在关联参考方向下，功率表示元件吸收功率，即功率大于零，元件吸收功率，该元件为负载；功率小于零，元件发出功率，该元件为电源。在非关联参考方向下，功率表示元件发出功率，即功率大于零，元件发出功率，该元件为电源；功率小于零，元件吸收功率，该元件为负载。布置作业1-2-3 1-2-4 要善于提问调动其主动性、积极性。1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态理解电气设备额定值的概念；熟悉电路的三种状态及其特点；了解电源的外特性。重点：电路的三种工作状态难点：各状态下电压、电流关系讲授法复习提问1 为何要引入参考方向？参考方向与实际方向有何联系与区别？2 如何判别元件是电源还是负载？引入新课（开门见山）讲授新课一、 电气设备的额定值 （PN UN IN RN）1、额定值：电气设备正常运行的最高限额。(1) 额定值反映电气设备的使用安全性(2) 额定值表示电气设备的工作能力2、电气设备的3种工作状态：(1) 额定状态（满载）：I=IN，P=PN （经济合理安全可靠）(2) 过载状态（超载）：IIN，PPN （设备易损）(3) 轻载状态（欠载）：IIN，PR2，则RR1如果两个并联电阻有：R1R2，则RR2并联各电阻两端的电压相同。电阻的串联电阻的并联等效电阻串联各电阻中通过的电流相同。电阻的混联计算举例： Rab=R1+ R6+(R2/R3)+(R4/R5)R1R2R3R4R5R6ab分析：由a、b端向里看， R2和R3， R4和R5均连接在相同的两点之间，因此是并联关系，把这4个电阻两两并联后，电路中除了a、b两点不再有结点，所以它们的等效电阻与R1和R6相串联。电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找出电路的联接点，然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算，最后将简化的等效电阻相加即可求出。二、电路名词1、支路：一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，使各元件上通过的电流相等，这种连接方式称为支路。2、结点：三条或三条以上支路的联接点称之为结点。3、回路：电路中的任意闭合路径称为回路。4、网孔：单一闭合路径，其中不包含其它支路的回路称为网孔。Eg. #1#2#3回路几个？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_几条支路？结点几个？网孔数？三、基尔霍夫定律基尔霍夫定律：用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流定律（KCL）和基氏电压定律（KVL)两个定律。1、基尔霍夫电流定律（KCL）KCL内容：对任意结点，在任一瞬间，流入结点的电流之和等于由结点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，流入一个节点上的电流的代数和恒等于零。 S I =0or I1I2I3I4基氏电流定律的推广: 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。广义节点I=?I1111I2I3IU2RU3+_U2+_U1+_RRRI1+I2=I3I=0广义节点2、基尔霍夫电压定律（KVL）KVL内容：对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压降的代数和恒为零。IR=US 或 U=0I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2对#1列KVL方程：#1#2#3对#2列KVL方程：对#3列KVL方程：基氏电压定律的推广: KVL定律可以扩展应用于任意假想的闭合回路。反馈练习A4=？ A5 =？R1R2I1I2IR3I3A4A5课堂小结分析电路时要利用电路中存在的两类约束关系。第一类约束是元件本身电压和电流的关系。第二类约束(拓扑约束)是基尔霍夫定律，描述电路中的连接约束关系。基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。KCL描述了电路连接中各支路电流之间存在的约束关系，它的本质是电荷守恒在集总参数电路中的体现。KVL描述了电路连接中各个支路电压之间存在的约束关系，它的本质是电压与路径无关。对一个具有n个结点，b条支路的电路来说，KCL独立方程个数为n-1；KVL独立方程个数为b-n+1。布置作业1-5-2 1-2引导要恰切，环环相扣。1.6 叠加定理理解线性电路的叠加性；掌握叠加定理的应用。重点：叠加定理难点：线性电路的叠加性讲授法复习提问基尔霍夫定律引入新课由线性电路引入讲授新课叠加定理：在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。叠加定理是线性电路具有的重要性质，利用叠加定理进行电路分析时，必须注意如下几个方面的问题。（1） 各个电源分别单独作用是指独立电源，而不包括受控源，在用叠加定理分析电路时，独立电源分别单独作用时，受控源一直在每个分解电路中存在；（2） 独立电流源不作用，在电流源处相当于开路；独立电压源不作用，在电压源处相当于短路。（3） 线性电路中电流和电压一次性函数可以叠加，但由于功率不是电压或电流的一次性函数，所以功率不能采用叠加定理。（4）叠加定理使用时，各分电路中的电压和电流的参考方向可以取为与原电路中的相同。取叠加时，应注意各分量前的“+”、“”符号。Eg. 用叠加原理求：I= ?+-I4A20V10W10W10W解：20V电压源单独作用时：I4A10W10W10W4A电流源单独作用时：+-I20V10W10W10W反馈练习19课堂小结叠加定理是线性电路的一个重要特性。在使用叠加定理时必须注意：每个独立电源单独作用时，其它独立电源应为零值，即独立电压源为零是短路，独立电流源为零是开路；分别单独作用是独立电源，而受控源一直在各个单独独立电源作用的电路中存在；功率不能叠加。布置作业1-3根据作业情况可以看出，同学们掌握良好。第 2 章 正弦交流电路了解单相交流电路中的几个基本概念；掌握正弦量的基本特征及相量表示法；理解和掌握R、L、C三大基本元件的伏安关系；掌握多元件组合电路的简单分析与计算方法；了解提高功率因数的意义和方法；理解有功功率、无功功率及视在功率的概念。重点：运用相量图法求解电路；在电路中各种功率的计算难点：运用相量图法求解电路；功率因数的理解与如何提高功率因数2.1 单相交流电路的基本概念 1课时2.2 交流电的相量表示法 2课时2.3 单一参数的正弦交流电路 2课时2.4 多参数组合的正弦交流电路 2课时2.1 单相交流电路的基本概念理解正弦交流电的周期、频率和角频率 ；理解正弦交流电的瞬时值、有效值和最大值 ；理解正弦交流电的相位、初相和相位差 。重点：三要素与瞬时值表达式的对应讲授法引入新课与直流电比较引出讲授新课一、正弦量（正弦交流电）1、正弦交流电：随时间按正弦规律周期性变化的电流和电压。2、正弦交流电的优点：（引导学生得出部分结论）二、正弦交流电的三要素及数学表达式1、几个概念：瞬时值；正弦交流电在任一瞬时的值。波形图：正弦量随时间变化的曲线。周期：正弦量变化一周所需的时间。用T表示频率：正弦量每秒周期性变化的次数。用f表示2、正弦交流电的瞬时值表达式：i =Imsin(t+)A其中Im为最大值，为角频率，为初相位3、正弦量的三要素：（1）最大值： Im （Um，Em）（2）角频率：数值上等于单位时间内正弦函数辐角的增长值。（弧度/秒）= 2/T（3）初相位：相位：t+ （弧度）初相位：t=0时的相位 （弧度）要求掌握：三要素与瞬时值表达式及波形图的对应三要素瞬时值表达式波形图三、相位差：两个同频率正弦量相位之差四、有效值：1、有效值：热效应与之相等的直流电流的数值。2、推导有效值和最大值的关系：直流：W=I2RT 交流：W=0Ti2Rdt=R0Ti2dt=R0T（ImSint）2dt= RIm0T（1Cos2t）/2dt=R/2Im0T1dt0T（Cos2t）dt=1/2RTIm即：I2RT=1/2RTIm I=Im/2反馈练习耐压为220V的电容器，能否用在180V的正弦交流电源上？课堂小结本节介绍正弦交流电的基本特征布置作业2-1-1 2-1-2基本简单，掌握良好。2.2 交流电的相量表示法掌握复数及其四则运算；理解正弦交流电相量的概念； 理解正弦交流电相量表示方法、相量图。重点：正弦量的相量表示及运算难点：相量运算讲授法引入新课正弦交流电直接计算带来的麻烦引入讲授新课一、复数1、复数的表示形式：（1）代数形式： A = a+jb（2）三角函数形式： A = rCos+rSin（3）指数形式： ej = Cos+jSin A =ej（4）极坐标形式：A = r2、复数运算：（1）加减运算 （代数形式） 若A1 = a1+b1 ，A2 = a2+b2则A1A2 =（a1a2）+j（b1b2）（2）乘法运算：（极坐标形式）若A1 = r11 ，A2 = r22则 A1A2 = r1r21+2（3）除法运算：（极坐标形式）若 A1 = r11 ，A2 = r22则 A1/A2 = r1/r21-23、旋转因子：j ，-j （j =190，-j=1-90） A=r ，Aj=r+90，A/j=r-90二、相量1、相量：表示正弦量的复数。2、表示方法：复数的模正弦量的最大值（有效值）复数的辐角正弦量的初相位 举例：i=82Sin（t+50）A 最大值相量： 有效值相量：3、相量运算： （同频率正弦量才能加减运算）（1）运算完全符合复数运算（2）相量图：把相量在复平面上表示出来叫相量图反馈练习相量等于正弦量的说法对吗？正弦量的解析式和相量式之间能用等号吗？课堂小结正弦稳态电路的分析应用相量法。布置作业2-2-3 脑子动起来了，很好。2.3 单一参数的正弦交流电路了解三大基本电路元件在正弦交流电路中作用及相量模型；熟悉其伏安特性和理解电抗的概念；掌握各种功率的概念。重点：R、L、C元件伏安关系的相量形式，及三种元件的功率难点：L、C元件伏安关系的相量形式讲授法引入新课（开门见山）讲授新课电路参数：R、L、C一、电阻电路关联：任一瞬时u=iR，p=ui1、伏安关系：（1）瞬时关系：u=iR（2）相量关系：推导过程：设i=ImSint 则u=iR=ImRsint=UmSint总结：（1）U=IR （2）u、i同相位 （3）相同2、电阻电路的功率（1）瞬时功率（关联）p=ui=UmSintImSint=2UI（Sint）2=UI（1-Cos2t）0（2）平均功率（有功功率、功率）： 一个周期内电路所消耗功率的平均值。P=1/T0Tuidt=1/T0TUI（1-Cos2t）dt =UI=I2R=U2/R二、电感电路1、伏安关系（1）瞬时关系 （关联方向）分析i磁场磁通量储存磁场能量-储能元件u = -e =Ldi/dt分析-动态元件i=i0+1/Ludt分析-记忆性元件（2）相量关系：推导过程：设：i=ImSint则：u=Ldi/dt=Ld（ImSint）/dt=LImd（Sint）/dt=LImCost=LImSin（t+/2）=UmSin（t+/2）总结：（a）U=IL ，（b）相位u超前i /2 ，（c）u、i同频率2、电感元件的功率（1）瞬时功率（关联方向）（正弦交流电）p=ui设I=ImSint，u=UmSin（t+/2）p=UmImSintCost=UISin2t（2）功率（平均功率，有功功率）P=1/T0Tpdt=1/T0TUISin2tdt=0（3）无功功率QL=ULIL=I2XL=U2/XL3、电感元件的储能某一时刻的储能WL=1/2Li20三、电容电路1、伏安关系（1）瞬时关系：加U极板电荷量电场储存电场能量储能元件i=dq/dt=Cdu/dt 动态元件u=u0+1/C0tidt记忆性元件（2）相量关系：推导：设u=UmSint则i=Cdu/dt=CUmd（Sint）/dt=CUmCost=CUmSin（t+/2）=ImSin（t+/2）总结：（a）I=CU，或U=（1/C）I（b）电流超前电压90。（c）u、I同频率2、电容元件的功率（1）瞬时功率（关联）（正弦交流电）p=ui设u=2Sint i=I2Sin（t+90）p=ui=2UISintCost=UISin2t（2）功率（有功功率，平均功率）P=1/T0Tpdt=1/T0TUISin2tdt=0（3）无功功率Qc=UcIc=I2Xc=U2/Xc3、电容元件的储能：瞬时储能：Wc=1/2Cu20反馈练习1、电容元件在直流、高频电路中如何？2、电感元件和电容元件有什么异同？课堂小结要求熟练掌握R、L、C元件伏安关系的相量形式，能正确画出相量图、相量模型，掌握三种元件的功率。布置作业2-3-3 重点讲清元件在直流电路与正弦交流电路中的区别。2.4 多参数组合的正弦交流电路熟悉多参数组合正弦交流电路的相量模型及其相量分析法；理解和掌握相量分析法的步骤；了解功率因数提高的意义和方法。重点：电路分析U、I、Z的关系，求解三种功率难点：u-i与、X、R综合分析电路讲授法复习提问3. 感抗与哪些因素有关？直流情况下感抗为多大？4. 纯电容元件在交流电路中u与i的相位差为多少？5. 电源电压不变，当电路频率变化时，通过电感元件的电流变不变？6. 感抗、容抗、电阻的相同之处？不同之处？7. u、i相位如何时电路只吸收有功功率？电路只吸收无功功率时u、i相位又如何？8. 无功功率是无用之功吗？引入新课纯电阻、纯电感、纯电容电路实际上是不存在的，由实际元件构成的实际电路，R、L、C3个参数往往共存。讲授新课图示R、L、C串联的正弦交流电路模型： Ijw LR+U URUCULw C1 j一、电压与电流之间的关系 设i=ImSint据KVL：u=uR+uL+uc而uR=Imsint ，uL=ImXLSin（t+90） uc=ImXcSin（t-90）得：相量式 其中X=XL-XC 电抗 ， Z=R+jX 复阻抗1、伏安关系的相量形式 Z=R+jX=R+j（XL-XC）2、复阻抗Z=R+jX=|Z|其中|Z|=R2+X2 ，=arctgX/R， R=|Z|Cos ，X=|Z|Sin|Z|，R，X构成一个三角形-阻抗三角形。|Z|=U/I =（Uu）/Ii=U/Iu-i =|Z|=u-i0 ，u超前i 0 ，u滞后i =0 ，u与I同相 ULUC即XLXC，0 感性电路ULUC即XLXC，0 容性电路UL=UC即XL=XC， =0 阻性电路3、单一元件或两元件串联的阻抗R： Z=R ， L： Z=jXL ， C： Z=-jXCRL： Z=R+jXL ， RC： Z=R-jXC二、RLC串联电路的功率1、瞬时功率 p=ui=（uR+uL+uC）I=uRi+uLi+uCi=pR+pL+pC2、平均功率 P=1/T0Tpdt=1/T0T（pR+pL+pC）dt=1/T0TpRdt=1/T0TuRidt=URI=I2R=UR2/RP=URI=UICos ，Cos-功率因数 ，-功率因数角3、无功功率QL=ULI QC=UCI总的无功功率Q=QL-QC=（UL-UC）I=UXI=XI2=UX2/XQ=UXI=UISin 0 ，0 感性电路 0 ，0 容性电路 =0 ， =0 阻性电路4、视在功率S=UI=U2/|Z|=I2|Z|5、功率三角形：P=UICos ，Q=UISin ，S=UIS=P2+Q2 ，P=Scos ，Q=SSinS、P、Q组成一个三角形-功率三角形 总结：对于任何复杂电路P=PK Q=QK SSK反馈练习1、有功功率、无功功率和视在功率及三者之间的数量关系如何？2、若多参数串联的正弦交流电路中出现了电压、电流同相的情况，电路中将出现哪些情况？课堂小结重点及难点布置作业2-4-2 关于相量的运算同学们会感觉有点吃力，需要多加练习。第3章 三相交流电路掌握三相电源和三相负载两种连接方式的特点；掌握对称和不对称三相电路的分析计算；掌握三相电路的功率及测量；了解发配电概况和安全用电的常识。重点：对称三相电路在不同的连接方式下，电压、电流的相值与线值之间的关系； 对称三相电路的分析和计算； 三相电路中线的作用难点：不对称三相电路的计算3.1 三相电源 2课时3.2 三相负载的连接和三相电路的计算 2课时3.1 三相电源理解对称三相交流电的概念及其表示方法；掌握三相电源两种连接方式的特点；了解三相四线制供电体系的优越性。重点：三相电源两种连接方式的特点难点：对称三相电源的对称关系讲授法引入新课现代电力工程几乎都采用三相四线制。三相交流供电系统在发电、输电和配电方面都具有很多优点，因此在生产和生活中得到了极其广泛的应用。讲授新课一、 对称三相交流电wNSXBYCZA定子转子三相交流发电机示意图1、 对称三相交流电的产生：三相定子绕组对称嵌放在定子铁心槽中，转子绕组通电后产生磁场，原动机带动转子饶轴旋