电工基础大专教材教材

1、电工基础大专教材电子教案第 1 章 电路的基本概念及定律 1 1 电路及其模型教学目的 掌握电路的概念、 理想电路元件、 电路模型的概念及电路中的相关名 词。教学重点 电路模型的概念及电路中的相关名词教学难点 理想电路元件及电路中的相关名词 教材和参考书 电工基础 中国轻工业出版社新课引入 1 、介绍本课程的学习目的 ，课程主要内容 ，重点及难点。2 、对本期学习提出具体要求。教学内容及过程第 1 章 电路的基本概念及定律11 电路及其模型一、电路1、概念 电流所流通的路径称为电路。2、基本组成 电源将非电能转换成电能。 导线起电路连接作用。 开关起接通和断开电路的作用。 负载将电能转换成非电

2、能。3、功能 实现能量的转换、分配和传输，信号的传递与处理，还可以实现对信息测量 和存储。二、理想电路元件1、概念 根据元器件的主要物理特性进行理想化和简单化处理，从而建立的物理模型 或数学模型被称为理想电路元件。2、常见理想电路元件 电阻元件 电容元件 电感元件3、常见元件图形符号（见表 11）三、电路模型及相关名词1、电路模型 将实际电路用若干个理想电路元件经理想导体连接起来所模拟组成的电路称 为实际电路的电路模型。2、相关名词 串联和并联 支路和结点 支路：几个二端元件串联而成的没有分支的一段电路称为支路。 通过支路的电流 称为支路电流，支路两端之间的电压称为支路电压。 结点：电路中三条

3、或三条以上的支路相连接的点称为结点。 回路和网孔回路：由几条支路构成的闭合路径称为回路。 网孔：未被其它支路分割的单孔回路称为网孔。 课堂小结： 本节主要讲解了电路的概念、 理想电路元件、 电路模型的概念及电路 中的相关名词。作业布置： P3 1 、5 12 电路的主要物理量（一）教学目的 掌握电流的定义，电流大小和方向的规定，电流的参考方向，电压、 电位、电动势的定义，电压、电动势的参考方向。教学重点 电流大小和方向的规定，电压、电位、电动势的定义及应用。 教学难点 电压、电位、电动势的定义及应用。复习导入 1 、什么是电路？电路的作用有哪些 ?2 、什么是电路模型？3 、什么叫支路、结点、

4、回路、网孔？ 教学内容及过程12 电路的主要物理量（一）一、电流及参考方向1、电流 概念 电荷的定向移动形成电流。 电流的大小 衡量电流大小的量为电流强度 , 简称电流 , 用 i 表示。其大小等于单位时间内通 过导体截面的电荷量。即 i=d qdt, 单位：安培 （A） 。 电流的方向 规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。 （ 正方向 ） 电流的分类恒定直流电直流电脉动直流电电流正弦交流电交流电非正弦交流电2 、电流的参考方向任意假设电流某一方向为正的方向 , 称为电流的参考方向 , 若最后求出电流值为 正, 说明参考方向与实际方向一致 , 否则说明参考方向与实际方向相反。二、电压、电位、

5、电动势及参考方向1、电压定义 单位正电荷在电场力的作用下由 a 点转移到 b 点时所做的功 , 叫做 a、b 两点间的电压 , 用 uab表示。即 uab dwab dq, 单位：伏特 （V） 。 方向 电压的实际方向是电位降低的方向。2、电位定义 单位正电荷由某点移至参考点时电场力所做的功叫做这点的电位。 电路 中某一点的电位等于该点到参考点之间的电压。习惯认为参考点的电位为零。 电位差 电路中任意两点间的电位之差称为这两点的电位差。 电位差实际上就 是这两点之间的电压 , 即 uab=ua ub。电压的实际方向总是由高电位点指向低电位 点。3、电动势 定义 电源力克服电场力把单位正电荷从电

6、源的负极搬运到正极所做的功称 为电源的电动势 ,用 e表示。单位：伏特 （V） 。方向 在电源内部由低电位端 （负极）指向高电位端 （正极） ,即电动势的实际方 向与电压的实际方向相反。4、电压、电动势的参考方向 假定电压、电动势的某一方向为正的方向 ,称为参考方向 , 若同一元件的电流参考 方向与电压参考方向相一致 ,称为关联参考方向 ,反之则为非关联参考方向。 课堂小结 本节课主要讲解了电流大小和方向的规定， 电压、电位、电动势的定 义及应用。作业布置 P8 5 、6 12 电路的主要物理量（二）教学目的 掌握电功率的定义及计算 ,电能的定义及计算 , 了解电路的能量守恒 定律。教学重点

7、电功率和电能的定义及计算。教学难点 电功率和电能的计算。复习导入 1 、什么是电流？如何衡量其大小？2、什么是电压？如何衡量其大小？ 教学内容及过程12 电路的主要物理量（二）三、电功率及电能1、电功率定义 电场力在单位时间内所做的功。它反映了电流做功的快慢。表达式 p=dw/d t=ui 单位 瓦特，简称瓦（ W）。1Mw=1000Kw, 1Kw=1000w, 1w=1000m。w 电功率的吸收和产生当 p0 时，元件吸收功率。当 p0时，u1超前 u2 12角度。 当12=1-2 0，电感元件吸收能量，并全部转换为磁场能量。 当电流 i 减小时， WL0，电感元件释放磁场能量， 并转换为其

8、他形式的能 量。课堂小结 本节课主要讲解了电感元件，电感元件的电压与电流的关系 作业布置 P85 1 、2 3-5 正弦交流电路中的电感教学目的 掌握正弦交流电路中电感元件的电压与电流关系， 正弦交流电路中的 电感元件的功率教学重点 正弦交流电路中电感元件的电压与电流关系， 正弦交流电路中的电感 元件的功率教学难点 正弦交流电路中电感元件的电压与电流关系复习导入 1 、什么是电感元件？2 、什么是自感系数？电感元件的磁场能量如何计算？ 教学过程及内容 3-5 正弦交流电路中的电感一、正弦交流电路中电感元件的电压与电流关系1、推导过程设 iL=ILmsin( t+ i), 则 UL=L(di/d

9、t)=Ld(ILmsin( t+ i) dt =ILm Lcos( t+ i)=ILm Lsin( t+ /2+i)=ULmsin( t+ u)。其中 Ulm=LILm，u=i+ /2 。2、大小关系ULm=LILm =2fLILm 或 UL=LIL 2fLIL 。3、感抗及感纳XL=UL/IL=L=2fL BL=1/XL=1/ L=1/2 fL 。4、相位关系u=i+ /2 ，即电感元件的电压的相位超前电流 90。5、相量关系UL=jxLL, 相量图如图3-21 所示。二、正弦交流电路中的电感元件的功率1、瞬时功率 P=uL*il=ILULsin2 t 。 由上式可知，在一个周期内， 电感元

10、件吸收功率和释放功率是相等的， 它并不消 耗能量，即平均功率为零。2、无功功率 电感元件上电压的有效值和电流的有效值的乘积叫做电感元件的无功功率，用 QL表示。QL=ULIL=IL2XL=UL2/XL。 电感元件的无功功率 QL等于瞬时功率的最大值，是衡量电源与电感元件进行能 量变换的最大速率。为了与平均功率相区别， 无功功率的单位为乏 (var), 工程中也常用千乏 (kvar )。 课堂小结 本节课主要讲解了正弦交流电路中电感元件的电压与电流关系， 正弦 交流电路中的电感元件的功率作业布置 P88 1 、2 3-6 电容元件教学目的 掌握电容元件，电容元件的串并联，电容元件的电压与电流的关

11、系， 电场储能教学重点 电容元件的串并联，电容元件的电压与电流的关系，电场储能 教学难点 电容元件的串并联复习导入 1 、正弦交流电路中电感元件的电压与电流的相位关系如何？2 、什么叫无功功率？其单位是什么？ 教学过程及内容 3-6 电容元件一、电容元件 1、定义没有介质损耗和漏电流的电容称为电容元件。2、电容元件的电容量 Cc=q/u ，单位法拉 F、微法 F、皮法pF， 1F=106F=1012p F。3、电容器的主要参数电容量工作电压耐压二、电容元件的串并联1、电容器的并联 电容器并联时的特点各电容器上的电压相等 电容器并联后所带的总电量 等于各电容器所带电量之和，即 q=q1q2qn

12、等效电容等于各个电容 器电容之和，即 c=c1 c2cn 各电容器上所带的电量与其电容量成正 比。2、电容器的串联 电容器串联时的特点各电容器所带的电量相等 电容器串联后的总电压 等于各电容器电压之和，即 u=u1u2 un。 等效电容的倒数等于各 个电容器电容的倒数之和，即 1/c=1/c1 1/c2 1/cn 。 各电容器两 端的电压与其电容量成正比。三、电容元件的电压与电流的关系 将 i=dq/dt 代人 q=cu 中， 得 i=c 。四、电场储能 电容元件吸收储存的电能 Wc=1/2cu2t 。 电场能量只与最终的电压值有关，而与电压建立过程无关。课堂小结 本节课主要讲解了电容元件的串

13、并联，电容元件的电压与电流的关 系，电场储能作业布置 P91 1 、2 3-7 正弦交流电路中的电容教学目的 掌握正弦交流电路中电容元件的电压与电流的关系， 正弦交流电路中 电容元件的功率教学重点 正弦交流电路中电容元件的电压与电流的关系， 正弦交流电路中电容 元件的功率教学难点 正弦交流电路中电容元件的功率复习导入 1 、电容并联的的基本特点是什么？2 、电容串联的的基本特点是什么？ 教学过程及内容 3-7 正弦交流电路中的电容一、正弦交流电路中电容元件的电压与电流的关系1、推导过程设 uc=Ucmsin(t+ u) ，则有 ic=C*duc/dt= CUcmcos( t+ u)=CUcms

14、in( t+ u/2)=Icmsin( t+ i) 。2、大小关系Icm=CUcm=2 fCUcm，Ic= CUc=2fCUc。3、容抗与容纳容抗 Xc=Uc/Ic=1/ C=1/2fC容纳 Bc=1/Xc= C=2 fC4、相位关系i= u/2 ，即在关联方向下， ic 超前 uc/2 。5、相量关系Uc=-jXcIc 或 Ic= (j1/Xc )Uc=jBcUc 。二、正弦交流电路中电容元件的功率 1、瞬时功率P=uc*ic=Ucmsin tIcmsin( t+ /2)=UcIcsin2 t 。2、无功功率Qc=-UcIc=-Ic 2Xc=-Uc2/Xc 。无功功率等于瞬时功率的最大值，它

15、表示电场与外电路交换能量的最大速率。三、例题分析课堂小结 本节课主要讲解了正弦交流电路中电容元件的电压与电流的关系， 正 弦交流电路中电容元件的功率作业布置 P93 1 、2 3-8 电阻、电感、电容元件的串联电路教学目的 掌握电压与电流的关系，复阻抗与相量图及电路相关计算教学重点 复阻抗与相量图及电路相关计算教学难点 复阻抗与相量图及电路相关计算复习导入 1 、正弦交流电路中电容元件的电压与电流的关系是什么？2 、正弦交流电路中电容元件的功率如何？ 教学过程及内容 3-8 电阻、电感、电容元件的串联电路一、电压与电流的关系设电路中流过各元件的电流为 i=Imsin( t+ i), 其相量为

16、=Ii ，则由 KVL 得 u=uRuL uC,相量形式为 U=URULUC=RjXL-IjXC= Rj(XL-XC) ， 所以 U=(RjX)= Z。上式称为欧姆定律的相量形式，式中 X=XL-XC称为 RLC串联电路的电流，复数 Z 称为复阻抗。二、复阻抗Z=Rj(XL-XC)=R jX ，R- 实部( 电阻)X- 虚部( 电抗) ，X=XL-XC。极坐标形式 Z=Z 复阻抗的模 Z= R2 X2阻抗角 =arctanX/R=arctan(XL-XC)/R ，R=Zcos，X=Z sin 阻抗三角形电阻 R、电抗 X 和复阻抗模 Z构成一个直角三角形，称为 阻抗三角形。三、相量图1、相量图

17、的具体做法先画出第一个相量 UR,再画出第二个相量 UL 和第三个相量 UC，将相量 UL和 UC相加，得 UX=ULUC，再在 UR的尾端直接画出 UX，最后将相量 UR和 UX求和， 得出相量 U。2、电路的三种情况感性电路 ULUC， 0，XLXC，电流滞后电压 角。容性电路 ULUC， 0，XLXC，电流超前电压 角。 阻性电路 ULUC， 0，XLXC，电流与电压同相。四、例题分析课堂小结 本节课主要讲解了电压与电流的关系， 复阻抗与相量图及电路相关计 算作业布置 P96 2 、3 3-9 电阻、电感、电容元件的并联电路教学目的 掌握电压与电流的关系，复导纳与相量图及电路相关计算教学

18、重点 电压与电流的关系，复导纳与相量图及电路相关计算教学难点 复导纳与相量图及电路相关计算复习导入 1 、什么是复阻抗？2 、如何作电阻、电感、电容元件的串联电路的相量图？ 教学过程及内容 3-9 电阻、电感、电容元件的并联电路 一、电压与电流的关系设加到电路的电压为 u=2Usin( t+u) ，其相量为 U=U u。根据 KCL得 i=iR iL iC，相量形式为 I=IRILIC, 即 I=U/RU/j L U/ 1/j C =1/R j -1/ LCU=YU,式中复数 Y 称为复导纳。二、复导纳Y=1/Z=1/R j -1/ LC=Gj -BLBC =Gj BC-BL=G JB。 G-

19、 实部电导B- 虚部电纳极坐标形式 Y=Y 复导纳的模 Y = G2 B2导纳角 =arctanB/GY与 Z 的关系Y=1/Z=1/Z=1/Z-=Y, 故有 Y=1/ Z，=- 。电路的三种情况容性电路 BCBL， 0，电流超前电压 角。 感性电路 BCBL， 0，电流滞后电压 角。 阻性电路 BCBL， 0，电流与电压同相。三、相量图 采用平行四边形法求各支路电流的相量和得出电流 I，如图 3-36 所示。四、例题分析 课堂小结 本节课主要讲解了电压与电流的关系， 复导纳与相量图及电路相关计 算 作业布置 P98 1 、2 3-10 阻抗电路的等效变换及串并联教学目的 掌握阻抗的等效变换，

20、阻抗的串并联及电路相关计算教学重点 阻抗的串并联及电路相关计算教学难点 电路相关计算复习导入 1 、电阻、电感、电容元件的并联电路电压与电流的关系如何？2 、什么是复导纳？如何表示？ 教学过程及内容 3-10 阻抗电路的等效变换及串并联一、阻抗的等效变换如果二端网络用等效阻抗 Z=R jX 表示，则它可以看做是由电阻 R 与电抗 X 串联组成的电路，称为串联等效电路。如果二端网络用等效导纳 Y=G jB 表示， 则它可以看做是由电导 G与电纳 B 并联组成的电路，称为并联等效电路。二、阻抗的串并联1、阻抗串联电路 等效阻抗等于串联电路的各阻抗之和，即 Z=Z1Z2 Zn。 分压公式 U1 Z1

21、/ Z1Z2U,U2Z2/ Z1Z2U。2、阻抗并联电路等效导纳等于并联电路中各支路的导纳之和，即Y=Y1Y2 Yn=GjB ， G=G1 G2 Gn， B=B1 B2 Bn。分流公式 1=Z2/ Z1Z2 ， 2Z=1/ Z1Z2三、例题分析课堂小结 本节课主要讲解了阻抗的串并联及电路相关计算作业布置 P101 1 、 2 3-11 正弦交流电路中的功率教学目的 掌握正弦交流电路中的瞬时功率、 平均功率、 无功功率、 视在功率及 电路相关计算教学重点 正弦交流电路中的瞬时功率、 平均功率、 无功功率、 视在功率及电路 相关计算教学难点 电路相关计算复习导入 1 、什么是阻抗的等效变换？2 、

22、阻抗的串并联电路的等效阻抗等于什么？ 教学过程及内容 3-11 正弦交流电路中的功率一、瞬时功率 电路在任一瞬间吸收或发出功率称为瞬时功率，用小写字母 p 表示。二、平均功率 瞬时功率在一个周期内的平均值称为平均功率，或称有功功率，用大写字母 P 表示。 P=UIcos=UI, 式中 =cos称为功率因数， 称为功率因数角，它等 于二端网络的等效阻抗的阻抗角。对于无源二端网络，有功功率等于各电阻消耗的平均功率之和，即 P= UIcos =PR=URI=2I R。三、无功功率在无源二端网络中，无功功率定义为 Q=UIsin =QLQC，Q0 为感性电路， Q 0为容性电路 ,Q=0为阻性电路。四

23、、视在功率 电压有效值和电流有效值的乘积称为视在功率，用大写字母 S 表示，即 S=UI， 单位为伏安 VA、千伏安 KVA。由于 P=UIcos =Scos，Q=UIsin =Ssin ，所以 S2=P2Q2。S 、P、Q构成功率三角形，如图 3-46 所示。五、例题分析课堂小结 本节课主要讲解了正弦交流电路中的瞬时功率、 平均功率、无功功率、 视在功率及电路相关计算作业布置 P106 1 3-12 功率因数的改善 3-13 正弦交流电路的计算教学目的 掌握功率因数的概念， 功率因数的改善方法， 正弦交流电路的计算步 骤及例题分析。教学重点 功率因数的改善方法，正弦交流电路的计算步骤及例题分

24、析。 教学难点 功率因数的概念，功率因数的改善方法。复习导入 1 、什么是平均功率？2、什么是无功功率？3、什么是视在功率？教学过程及内容 3-12 功率因数的改善一、功率因数的概念1、概念 =cos =P/S=R/Z称为电路的功率因数， 它是由电路的参数和电源的频率所 决定的。2、提高功率因数的意义功率因数的提高， 能提高电源设备的利用率和减少输电线路上的功率损耗， 又 能改善供电质量。二、功率因数的改善方法 提高功率因数的方法采用与感性负载并联电容进行无功补偿。 并联电容前 P=UI1cos1，I1=P/Ucos 1。并联电容后 P=UI1cos2，I=P/Ucos 2。Ic=I1sin

25、1 Isin 2=Psin 1/Ucos 1-Psin 2/Ucos 2=(P/U)(tan 1-tan 2) ，又因为 Ic=U/Xc=UC，所以 UC=(P/U)(tan 1-tan 2) ，即 C=P/ U2)(tan 1-tan 2) 。 3-13 正弦交流电路的计算一、计算步骤 将正弦量用相量表示画出原电路的相量模型根据相量模型列出电路方程 进行求解根据求出的相量写出对应的正弦量。二、例题分析课堂小结 本节课主要讲解了功率因数的改善方法， 正弦交流电路的计算步骤及 例题分析。作业布置 P108 2第四章 电感的耦合及谐振电路 4-1 耦合电感元件教学目的 掌握耦合线圈的自感和互感，

26、耦合线圈的总磁链， 耦合线圈的感应电 压。教学重点 耦合线圈的自感和互感，耦合线圈的感应电压。教学难点 耦合线圈的感应电压。复习导入 1 、什么是功率因数？提高功率因数的意义是什么？2 、提高功率因数的方法是什么？ 教学过程及内容第四章 电感的耦合及谐振电路 4-1 耦合电感元件一、耦合线圈的自感和互感有相邻两个线圈 1 和 2，若线圈 1 流过的电流为 i1 ，所产生的自感磁链 11 的一部分穿过线圈 2，在线圈 2 中形成互感磁链 21，同理，如果线圈 2 中有电 流 i2 存在，产生的自感磁链 22 在线圈 1中形成互感磁链 12。两个线圈的磁通互相交链的关系称为磁耦合。 两个线圈中的互感磁链与产生它的电流之比定义为两个线圈间的互感，即 M21=21/i1 ，M12= 12/i2 。对于线性电感线圈来说， M12=M21=，MM只决定于两线圈的结构和磁介质。耦合因数表征耦合线圈耦合的紧密程度，用 K 表示， K=M/ L1L2 0 K 1,K=0 时称为全耦合。二、耦合线圈的总磁链同名端当电流 i1 和 i2 在耦合线圈中产生的磁场方向相同时， i1 和 i2 流入 或流出的两个端