电工技术课程教学大纲.docx

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电工技术课程教学大纲

电工技术电子教案

电工技术是非电类专业的一门重要基础课程，本教案内容包括电路的基本概念与基本定律、电路的基本分析方法、正弦交流电路、三相交流电路；电路的过渡过程；异步电动机的启动原理、机械特性等基本理论；以及常规继电-接触器控制电路；磁路与变压器等内容。

下面对各部分内容分别进行论述。

第1章电路的基本概念与基本定律

本章学习指导

本章是电路的基础，内容为直流电路的基本概念和定律。

学习目标是理解电路模型与实际电路之间的内在联系，分清电压、电流、功率等的物理意义，清楚电路的不同工作状态的特点；熟悉电压源和电流源模型及其相互转换的方法；最后学习用基尔霍夫定律分析电路。

本章的重点内容是电压和电流的参考方向，在参考方向下的欧姆定律及基尔霍夫定律的运用以及电压源和电流源之间的等效变换。

难点是电压电流的参考方向及功率的判断。

要严格区分实际方向和参考方向，分清引入参考方向的意义，学会用参考方向分析问题。

电路与电路模型及电路的主要物理量

电路是各种电器设备按一定方式连接起来的整体，电源、负载和中间环节是电路的基本组成部分，我们研究的电路是实际电路的理想化模型。

实际器件可用一个理想电路元件或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。

电压与电流的参考方向

由于实际方向未知，需先假定电路中支路电流和电压的参考方向。

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。

关联参考方向下，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。

反之，在非关联参考方向下，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。

电压源与电流源及其等效变换

电路中常用的理想电路元件有电阻、电感、电容、理想电压源和理想电流源。

理想电路元件分无源元件和有源元件。

无源元件包括电阻、电感和电容，同时电感和电容还是储能元件。

电阻元件的电压和电流关系是一条通过原点的直线，其电压和电流是瞬时一一对应的。

电感和电容元件电压和电流的关系是微积分关系。

有源元件包括理想电压源和理想电流源。

基尔霍夫定律

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的约束关系，其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的约束关系，其本质是电压与路径无关。

第1讲电路与电路模型

1．电流、电压、功率和电位

电流和电压是电路中的基本物理量，其参考方向和关联参考方向是很重要的概念。

分析电路时，必须首先设定电流和电压的参考方向，这样计算的结果才有实际意义。

功率P=UI，在关联参考方向下，P>0表示电路消耗功率，P<0表示电路提供功率。

电路中某点到参考点之间的电压就是该点的电位。

2．电压源和电流源

它们都是电路中的二端元件，电压源的端电压总是定值或一定的时间函数，电流源的电流总是定值或一定的时间函数

3．欧姆定律和基尔霍夫定律

它们都是电路理论中的重要定律，欧姆定律确定了电阻元件的电压和电流之间的约束关系KCL定律确定了电路中与某结点相连的各支路之间的电流约束关系。

KVL定律确定了电路回路中各元件电压的约束关系。

KCL和KVL约束通常称为拓扑约束，是分析电路的基础，要注意KCL和KVL的推广应用形式。

（2）每章按知识点组织教学内容。

教学内容正确，无科学错误，模拟仿真准确；文字、符号、单位和公式符合国家标准；教学内容覆盖教学基本要求；疑、难、关键知识点讲解透彻，通俗易懂；提供与知识点相关的丰富的资源链接，资源表现形式多样。

电子教案采用Word格式，其中标题为4号宋体加粗，居中；正文中一级标题

（1）为小4号黑体，顶格；二级（1.1）标题为5号楷体，顶格；三级标题（1.1.1）为5号宋体，空2格；正文为5号宋体，起行空2格，回行顶格。

正文中的“点”第一层用括号

（1），第二层用符号①（不要采用项目编号和符号）。

教案中的重点内容和专业名词用红色字标示。

（3）思考题（为巩固所学知识，每章需配备少量的思考题）

思考题：

1．已知电路中电压的单位为伏，电阻的单位为Ω，求电路中的Uab和I。

解：

这种电路的处理方法可归纳为三步：

设定电位点；

画直观图；

利用串联方法求等效电阻。

据此，原电路可逐步化为三个电路。

相应的等效电阻为：

Ω

Ω

I总==A

利用分流公式，可得：

2．如图所示，已知电阻的单位为Ω，试计算电路中的电压U。

解：

根据电源等效模型等效变换原理，将原图经过变换，最后根据分流公式得到：

3．有一量程为100mV，内阻为1KΩ的电压表，欲将其改装成量程为U1=1V，U2=10V，U,3=100V的电压表，试问应怎样改进电路？

解：

根据串联电阻分压的性质，用一个电阻与电压表串联，可以分去扩大部分的电压。

由于要求扩大为三个量程，故应串入三个电阻，电路的原理图如图：

图中Rg是电压表的内阻，Ug是其量程，R1、R2、R3为分压电阻，当用某量程时，其余量程的端钮无断开，例如用U1量程时，U2、U3的端钮均断开，此时R2、R3相当于没有接入，分压的只有R1而当用U2量程时，U1、U3的端钮断开，此时R3相当于没有接入，而分压电阻应为（R1+R2）；同样，当用R3量程时，U1、U2的端钮断开，分压电阻为（R1+R2+R3）。

根据串联电阻分压关系可得：

可解得：

KΩ

KΩ

KΩ

KΩ

KΩ

本章内容贯穿“等效”这一概念，所谓两个结构和元件参数完全不同的电路等效，是指他们对外电路的作用效果完全相同，即它们对外端钮上的电压和电流的关系完全相同。

将电路中的某一部分用其等效电路代替后，不会影响原电路留下来未作变换的任何一条支路的电压和电流。

1在电阻串联电路中

通过各电阻的电流相同

等效电阻R等于各电阻之和

电路的总电压等于各电阻上电压之和。

分压公式

2在电阻并联电路中

各电阻两端的电压相同

等效电导等于各电导之和

当只有两个电阻并联时，等效电阻为

电路中的总电流等于各分电流之和，

分流公式：

3在等效原则下推导出的形和Y形电路的等效互换公式，使得对无源三端电路的化简变得容易，特别是当形和Y形电路的电阻相等时，使用公式：

4一个具有内阻的实际电源，可以选用电压源模型或电流源模型来表征，即两种电源模型对外电路可以等效互换。

5受控源与独立源有本质区别，

求图示电路中各支路的电流。

解：

在理想电流源两端设一电压U，然后设定各网孔电流方向如图：

作业一：

1-1某有源支路接于U=230V的电源上，电路如下图所示，支路电阻为R0=0.6Ω，测得电路中的电流I=0.5安培。

求：

（1）该有源支路的电动势E；

（2）此支路是从电网吸收电能还是向电网输送电能？

1-2某直流电源的额定功率为PN=200W，额定电压为UN=50V，内阻R0=0.5Ω，负载电阻R可以调节，如图所示，试求：

（1）额定状态下的电流及负载电阻；

（2）空载状态下的电压；

（3）短路状态下的电流；

1-3已知下图中电阻的单位为Ω，求电压U和电流I。

1-4已知下图中电阻的单位为Ω，求电路中的电压UAB。

1-5如图所示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位。

作业2：

2-1试用支路电流法求下图所示电路中的电流I1、I2、I3，已知E1=220V，E2=E3=110V，内阻R10=R20=R30=1Ω，负载电阻R1=R2=R3=9Ω。

2-2用支路电流法求图所示的网络中通过电阻R3支路的电流I3及理想电流源的端电压U。

已知IS=2A，E=2V，R1=3Ω，R2=R3=2Ω。

2-3用叠加原理求上图中电阻R3支路的电流I3及理想电流源的端电压U。

2-4用叠加原理求下图所示电路中的电流I。

2-5用戴维宁定理求下图所示电路中通过10Ω电阻的电流。

2-6求下述各二端电路的等效电路。

作业3：

3-1电感元件L=1.59H,接于μ=220sin314V的正弦电源上求感抗XL和电流i。

3-2电容元件C=31.8μF，接于μ=220sin314V的正弦电源上，求容抗XC和电流i。

3-3一个电阻为1.5KΩ，电感为6.37H的线圈，接于50Hz、380V的正弦电源上，求电流I、功率因数cosφ和功率P、Q、S。

3-4有一RC移相电路如图所示，已经C=100μF，U=220V，f=50Hz，求感抗XL、容抗XC、复阻抗Z及电流I。

3-5在下图中，=220∠0°V，Z1=j10Ω,Z2=j50Ω，Z3=j100Ω，求、、。

3-6在下图所示正弦交流电路中，已经电流表A1的读数为40mA，A2的读数为80mA，A3的读数为50mA，求电流表A的读数。

3-7日光灯与镇流器串联后接到交流电源上可看作R、L串联电路。

若已知220V、40W的日光灯功率因数为0.5，如果采用并联电容的方法提高功率因数，使用功率因数提高到0.95，计算所需要的电容大小。

作业4

4-1三相四线制中，中线的作用是什么？

为什么中线干线上不能接熔断器和开关？

4-2试判断下列结论是否正确：

（1）当负载是星形连接时，必须有中线；

（2）当负载是三角形连接时，线电流为相电流的3倍；

（3）当负载是三角形连接时，相电压等于线电压。

4-3如图所示的三相对称负载电路，其线电压为380V，Z=6+j8Ω，试求相电压、相电流和线电流，并画出相量图。

4-4电路如图所示，已知RU=10Ω，RV=20Ω，R1W=30Ω，U1=380V,试求：

（1）各相电流及中线电流；

（2）U相断路时，各相负载所承受的电压和通过的电流；

（3）U相和中线均断开时，各相负载的电压和电流；

（4）U相负载短路，中线断开时，各相负载的电压和电流。

4-5如图所示，正常工作时节电流表的读数是26A，电压表的读数是380V，三相对称电源供电，试求下列各情况下各相的电流：

（1）正常工作；

（2）VW相负载断路；

（3）相线V断路。

4-6三相对称负载为三角形连接，线电压为380V，线电流为17.3A，三相总功率4.5kW,求每相负载的电阻和感抗。

4-7三相电阻炉每相电阻R=10Ω，接在额定电压380V的三相对称电源上，分别求星形连接和三角形连接时，电炉从电网各吸收多少功率？

作业5：

5-1试说明电容和电感元件什么时候可看成开路，什么时候可看成短路？

5-2什么时全响应？

全响应具有怎样的形式？

5-3一阶电路的时间常数是如何确定的？

时间常数的大小与过渡过程的关系是如何确定的？

5-4分别判断下面电路图中，当S动作后有无过渡过程？

为什么？

5-5电路如图所示，在t=0时，开关闭合。

在闭合前一瞬间电容电压为2V，试求t≥0时u（t）和i（t）。

5-6电路如图所示，假定换路前电路已处于稳态。

t=0时开关S由1投向2，试求电流i和iL。

作业6

6-1有一交流铁心线圈，接在f=50Hz的正弦交流电源上，在铁心中得到磁通的最大值为2250Wb，现在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为200。

当此线圈开路时，求其两端电压。

6-2一个截面积为20c㎡的硅钢片铁心，磁感应强度最大值为1T，给一个100W40V的白炽灯供电，已知电源电压为220V，频率为50Hz，试求变压器原、副绕组的匝数和电流。

6-3一台单相变压器额定容量为10KVA，额定电压为3000V/230V，其副边接220V60W的电灯。

若变压器在额定状态下运行