劳动版中职电工学教案第三章.docx

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劳动版中职电工学教案第三章

第三章单相交流电

本章教学要求：

1、掌握正弦交流电的三要素（有效值、频率、初相位）及三种表示方法（解析式、波形图、相量图）。

2、理解电感器和电容器在正弦交流电路中的作用，会用相量图分析纯电阻、纯电感、纯电容交流电路及电阻、电感与电容串联交流电路，能做简单计算。

3、了解提高功率因素的意义和一般方法。

4、了解常用照明电路的有关知识。

掌握白炽灯、荧光灯、两双联开关控制一盏灯的原理图和接线方法。

重点：

运用相量图分析交流电路

难点：

正弦交流量之间的相位差、无功功率、功率因素

教学方法：

讲授法、讲练结合

§3-1交流电的基本概念

课前准备：

手摇发电机模型

一、交流电的概念

电压或电流的大小和方向都不随时间而变化的称为稳恒直流电。

电压或电流的大小和方向按正弦规律变化的称为正弦交流电。

表达式为：

u=Umsin（ωt+θ）；i=Imsin（ωt+θ）。

波形图如图所示：

二、交流电的产生

交流电可由交流发电机或振荡器产生。

（振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。

其构成的电路叫振荡电路。

）

交流发电机产生的正弦交流电动势表达式为：

e=Emsinωt

三、正弦交流电的周期、频率和角频率

1、周期（T）：

电流电每重复变化一次所需的时间，单位是秒（s）。

2、频率（f）：

交流电在1s内重复变化的次数称为频率，单位是赫兹（Hz）。

周期和频率互为倒数，即T=1/f或f=1/T。

我国工频是50Hz。

3、角频率（ω）：

交流电每秒变化的电角度，单位是弧度/秒（rad/s）。

计算公式为ω=2πf=2π/T

四、正弦交流电的最大值、有效值

1、最大值：

最大瞬时值，又称峰值或振幅。

最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、Im。

2、有效值：

使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。

有效值用大写字母表示，如E、U、I。

3、有效值和最大值的关系：

有效值=最大值/√2

举例应用：

如下图所示的波形图中，试求T、f、ω和I分别是多少？

五、正弦交流电的相位与相位差

1、相位：

正弦量在任意时刻的电角度，也称相角，用（ωt+θO）表示。

初相是t=0时的相位。

如交流电u=311sin（314t+60°）V的相位是（314t+60°），初相是60°。

2、相位差：

两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。

如u=Umsin（ωt+θu）

i=Imsin（ωt+θi）

相位差为θ=（ωt+θu）-（ωt+θi）=θu-θi

两正弦量有相位差的前提：

两者的角频率必须相等。

§3-2正弦交流电的相量图表示法

一、表示正弦交流电的方法

1、解析式。

例如u=Umsin（ωt+θu）

2、波形图。

例如图所示:

3、相量图。

例如图所示:

二、相量图（矢量图）

1、旋转矢量与波形图的关系

2、应用相量图时注意以下几点

①同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。

②同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。

③一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。

④用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。

3、举例

试画出u1=3√2sin（314+30°）V和u2=4√2sin（314-60°）V的相量图，并用向量图表示u1+u2

课堂练习：

作出下列交流电的相量图

i=3sin（314t-45°）A；e=4sin（314t+60°）V

课本P83第7、8题

§3-3纯电阻交流电路

一、电流与电压的相位关系

u=Umsinωt

i=u/R=（Umsinωt）/R

相量图波形图

二、电流与电压的数量关系

Im=Um/RI=U/R

在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。

三、功率

1、瞬时功率：

任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间的电阻两端电压的瞬时值的乘积，用PR表示。

PR=ui=（Um2/R）sin2ωt

2、平均功率:

电阻在交流电一个周期内消耗的功率的平均值，又称有功功率，用P表示，单位仍是瓦（W）。

电压、电流用有效值表示时，平均功率P的计算与直流电路相同，即P=UI=I2R=U2/R

课堂练习：

课本P84第11题

§3-4纯电感交流电路

一、电感对交流电的阻碍作用

先接通6V直流电源，可以看到HL1和HL2亮度相同。

再改接6V交流电源，发现灯泡HL2明显变暗，这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。

感抗——电感对交流电的阻碍作用，用XL表示，单位为欧姆（Ω）。

XL=2πfL=ωL

二、电流与电压的关系

纯电感电路欧姆定律的表达式：

I=U/XL

相量图波形图

三、功率

纯电感电路不消耗能量，它是一种储能元件。

通常用瞬时功率的最大值来反映电感与电源之间转换能量的规模，称为无功功率，用QL表示，单位乏（Var）。

QL=ULI=I2XL=UL2/XL

课堂练习：

课本P84第14、15、16题

§3-5纯电容交流电路

一、电容对交流电的阻碍作用

如右图，先接通6V直流电源，

灯泡HL2瞬间微亮，随即熄灭，

再改接6V交流电源，灯泡HL2亮。

说明直流电不能通过电容器，交流电能通过电容器。

容抗——电容对交流电的阻碍作用，用XC表示，单位为欧姆（Ω）。

XC=1/（ωC）=1/（2πfC）

二、电流与电压的关系

纯电容电路欧姆定律的表达式：

I=U/XC

三、功率

电容也是储能元件，不消耗功率。

纯电容电路的无功功率为：

QC=UI=I2XC=U2/XC

课堂练习：

课本P85第19、20、21、22题

§3-6RLC串联电路

一、电容对交流电的阻碍作用

开关SA闭合后接交流电压，灯泡

微亮。

再断开SA，灯泡突然变亮。

测

量R、L、C两端电压UR、UL、UC，

发现：

UR+UL+UC≠U

二、电压与电流的关系

RLC串联电路的总电压瞬时值等于多个元件上电压瞬时值之和，即：

RLC串联电路中总电压与分电压之间的关系:

将UR=IR、UL=IXL、UC=IXC代入上式可得

式中X=XL-XC称电抗；称为阻抗，单位是Ω。

阻抗角为：

三、电路的电感性、电容性和电阻性

1、电感性电路：

当XL>XC时，电路呈感性。

2、电容性电路：

当XL

3、电阻性电路：

当XL=XC时，电路呈阻性。

四、功率

视在功率：

电压与电流有效值的乘积，用S表示，单位为伏·安（VA）。

视在功率并不代表电路中消耗的功率，它常用于表示电源设备的容量。

视在功率S与有功功率P和无功功率Q的关系：

称为功率因数。

五、电压三角形、阻抗三角形和功率三角形

课堂练习：

课本P85第23、24、25题

§3-7提高功率因数的意义和方法

计算电感性负载的有功功率，除考虑电压、电流的大小外，还要考虑电压、电流之间的相位差，即：

对于纯电阻负载，；

对于电感性负载，。

在电感性电路中，有功功率只占电源容量的一部分，还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它占用了电源的部分容量。

一、提高功率因数的意义

1、充分利用电源设备的容量。

2、减小供电线路的功率损耗。

二、提高功率因数的方法

1、提高自然功率因数。

2、并接电容器补偿。

§3-8常用照明电路

一、常用照明方式

1、一般照明——无特殊要求，为整个被照场所而设置的照明。

2、局部照明——局限于某一工作部位的照明。

3、混合照明——由一般照明和局部照明共同组成的照明称混合照明

二、常用照明灯具

白炽灯、荧光灯、卤钨灯、高压汞灯、高压钠灯、节能灯等

三、荧光灯电路

1、荧光灯的组成：

灯管、镇流器、启辉器、灯座灯架等组成。

2、荧光灯电路图：

3、工作原理：

辉光放电→热电子发射→产生高压电→荧光灯点亮

四、双控白炽灯电路

作业布置：

习题册P30二2