电工电子技术电子教案 正弦交流电路基本概念

教学过程设计表授课班级授课时间课题名称§任务3正弦交流电路基本概念课型理论课（√）实验课（）技能训练课（）习题课（）复习课（）其他（）签名及审批设计签名年月日审批签名年月日知识目标掌握正弦交流电路的三要素及正弦量有效值的概念，了解正弦交流电路中相位、相位差的概念，掌握正弦交流电路电功率的物理意义及功率因素提高的意义和方法。能力目标掌握正弦交流电路的三要素及正弦量有效值的概念，了解正弦交流电路中相位、相位差的概念，掌握正弦交流电路电功率的物理意义及功率因素提高的意义和方法。教学重点正弦交流电路的三要素及正弦量有效值。教学难点正弦交流电路的三要素及正弦量有效值。教学准备（含教学仪器设备、材料用具、参考书目、辅助教材等）1、教学仪器设备：多媒体电教室、电脑、THETDD-1、THWD-2型实训台2、参考书目：教学用书3、辅助教材：THETDD-1、THWD-2型实训指导书课外练习或作业安排什么正弦交流电？正弦交流电的三要素有哪些？

教学过程设计设计意图教学方法时间1、正弦交流电的三要素掌握正弦交流电三要素的概念讲解302、正弦交流电路的电功率掌握正弦交流电路电功率的物理意义讲解253、功率因素提高掌握功率因素提高的意义和方法讲解254、小结复习回顾，加强知识点的理解记忆讨论、讲解10教学后记（本课题的教学体会、学生信息反馈及今后教学建议）注：1、本表以2学时为单位设计。2、每学期将教学设计表装订成册。

教师教学笔记教学内容摘要补充资料§3.1正弦交流电路的基本概念1、正弦交流电路的三要素由发电动机产生的交流电，其大小和方向随时间按正弦规律变化，称为正弦交流电路。现以正弦交流电流为例，其瞬时值表达式为：图3-1正弦交流电流的波形其中幅值Im、角频率ω(频率)、初相位φ称为正弦量的三要素。（1）幅值Im交流电每时每刻均随时间变化，任意时刻的数值称为瞬时值。正弦量最大的瞬时值称为交流电的幅值。在电工技术中，通常所说的交流电的电压和电流的数值都是指有效值，万用表测得的交流电压值均为有效值。有效值用大写字母表示，有效值与幅值之间的关系为：I=Im2（2）角频率ω正弦交流电每秒内完成周期性变化的次数称为频率f，单位是赫兹（Hz）。交流电完成一次周期性变化所需要的时间称为周期T，单位是秒（s）。频率与周期的关系为f=1/T我国电力系统采用50Hz为交流电的标准频率。习惯上称为工频。角频率ω指正弦量在单位时间内变化的电角度，单位是弧度/秒（rad/s）。ω与f和T的关系为ω=2πf=2π/T（3）初相位φ在电流的瞬时值表达式中ωt+φ称为交流电的相位。它表示交流电随时间变化的进程，决定该时刻瞬时值的大小、方向和变化趋势。t=0时刻的相位φ称为初相位，它表示计时开始时交流电所处的状态。一般规定，初相位的绝对值用小于等于180°的角表示。2、正弦交流电路的电功率正弦交流电路的电功率存在有功功率、无功功率和视在功率三种形式。下面我们分析RLC串联电路的电功率（1）有功功率交流电的瞬时功率不是一个恒定值，瞬时功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，因此，有功功率也称平均功率。有功功率是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率，以字母P表示，单位主要有瓦（W）、千瓦（kW）、兆瓦（MW）。对于RLC串联电路，只有电阻元件消耗电能，所以电路的平均功率就是电阻消耗的功率。（2）无功功率电容和电感是储能元件，它们不消耗功率，只与电源之间进行能量交换，能量交换的规模用无功功率表示，单位乏（Var）或千乏（KVar），用Q表示。（3）视在功率电路端口电压和电流的乘积称为电路的视在功率，视在功率是电源提供给负载的总容量，单位是伏安（V·A）或（KV·A），用S表示。有功功率、无功功率和视在功率三者之间的关系可以用一个直角三角形，即功率三角形来表示。具体关系如下：S2=P2+Q23、功率因素提高功率因素的意义是指有功功率和视在功率的比值，用cosφ表示。φ称为功率因素角，在数值上等于阻抗角，由负载性质决定，等于总电压与总电流之间的相位差。常用电路的功率因素如下所示：功率因素反映的是对电源的利用程度，功率因素越高，电源设备的容量就利用的越充分，同时还可以减少线路上的电压损失和功率损耗。提高功率因素一般有自然补偿和人工补偿两种方法。自然补偿主要是要合理使用电气设备，改善运行方式，合理选择异步机的型号、规格和容量。人工补偿通常在变配电所内几种安装电容器提高功率因素。（a）电路图（b）相量图提高功率因素的方法在感性负载两端并联电容后：（1）电路的总电流I减小，电路总功率因数cosφ提高；（2）原感性支路的工作状态（支路电流I1、功率因素cosφ1）不变；（3）电路总的有功功率不变。并联电容的大小为例1：一感性负载,其功率P=10kW，cosφ1=0.6，接在电压U=220V，ƒ=50Hz的电源上。（1）如将功率因数提高到0.95，需要并多大的电容C？求并C前后的线路的电流；（2）如将功率因素从0.95提高到1，试问还需并多大的电容C？解：（1）cosφ1=0.6，即φ1=53°cosφ1=0.95，即φ=18°C=10×103/（314×2202）（tan53°-tan18°）=656μF并联C前I1=P/（Ucosφ1）=75.6A并联C后I=P/（Ucosφ）=47.8A（2）cosφ从0.95提高到1，所需增加电容值C=10×103/（314×2202）（tan18°-tan0°）=213.6μF例2：已知电源UN=220V，ƒ=50Hz，SN=10kV·A，向PN=6kW，UN=220V，cosφN=0.5的感性负载供电。（1）该电源供出的电流是否超过其额定电流？（2）如并联电容将cosφ提高到0.9，电源是否还有富裕的容量？解：（1）电源提供的电流I=P/（Ucosφ）=54.55A电源