电工学(第五版)教案

1武汉工程职业技术学院（铁山校区培训部教案）适用工种：B类员工培训班级：程潮铁矿、金山店铁矿B类员工培训班任课教师：付斌日期：2012-82二0一二年下学期教学进度计划表任课教师：付斌班级：B类员工培训班2012-8教材名称电工学教材版本中国劳动社会保障出版社时间章节内容课时第一天直流电路、磁场与电磁感应6第二天单相、三相交流电路6第三天变压器与交流异步电动机63第一章直流电路本章教学要求:1、了解电路的组成和状态，理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号；2、掌握欧姆定律，熟悉电路的三种状态。3、了解电流热效应的应用与危害，了解负载额定值的意义；4、熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用；5、了解基尔霍夫定律。6、会用万用表测量电压、电流和电阻。重点：1．电路的基本定律（欧姆定律、基尔霍夫定律）；2．电位的计算。3、电阻串并联计算。难点：1．电源与负载电压方向的判别方法；2．基尔霍夫电压方程的列写。教学方法：讲授法、讲练结合、启发式§1-1电路及其基本物理量一、电路：电流流通的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1、电路的作用（1）实现电能的传输、分配与转换4（2）实现信号的传递与处理2、电路的组成和状态组成部分：电源、负载、导线、控制装置。状态：通路、开路（断路）、短路二、电流1、电流的形成：电荷有规则的定向移动形成电流。2、电流的大小：是指单位时间内通过导体横截面的电荷，即I=Q/t，电流用符号I表示，单位是安培（A）。3、电流的方向：正电荷移动的方向。4、电流的换算关系：三、电压、电位和电动势1、电压（1）概念：电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功，称为a、b两点的电压，用Uab表示。电压单位是伏特（V）。（2）方向：高电位低电位，电位降低的方向。（3）换算关系：A101kA3A101mA-3A10mA10A1-6-3μ52、电动势（1）概念：在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，是衡量电源移动正电荷的能力的物理量，符号为E，单位为伏特（V）。（2）方向：在电源内部由负极指向正极。3、电位（1）概念：电路中某点与参考点之间的电压称为该点的电位。选定参考点电位为零，电位的单位也是伏特（V）。（2）电压与电位的关系：电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即Uab=Ua-Ub，故电压又称电位差。举例：已知Ua=10V，Ub=-10V，Uc=5V。求Uab和Ubc各为多少？解：根据电位差与电位的关系可知：Uab=Ua-Ub=10-（-10）=20V；Ubc=Ub-Uc=-10-5=-15V课堂练习：课本P30第2题§1-2电阻一、电阻与电阻率1、电阻概念：导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。其单位为Ω（欧姆）。2、电阻单位的换算关系：3、电阻率：长度为1m、截面为1mm2的导体，在一定温度下的电阻值，V101kV3V101mV-3V10mV10V1-6-3μΩ101kΩ3Ω10kΩ101MΩ636用符号ρ表示。其单位为Ω·m（欧米）。注：纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。4、电阻与电阻率的关系：导体电阻的大小决定于导体的材料（ρ）、长度（L）和横截面积（S）,即：二、电阻与温度的关系金属的电阻率随温度升高而增大，电解液、半导体和绝缘体的电阻率则随温度升高而减小。三、电阻的测量电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意：1、切断电路上的电源。2、使被测电阻的一端断开。3、避免把人体的电阻量入。第二章磁场与电磁感应本章教学要求：1、了解直线电流、环形电流所产生的磁场，会用安培定则（右手定则）判断磁场的方向。2、理解磁感应强度、磁通和磁导率的概念。3、掌握电流在磁场中受电磁力作用的知识，会用左手定则判断电磁力的方SLRρ7向。4、理解电磁感应的概念，掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律。5、理解自感系数和互感系数的概念，了解自感现象和互感现象的应用，会判断和测定互感线圈的同名端。重点：电磁感应、安培定则、左手定则难点：磁场的主要物理量、楞次定律教学方法：讲授法、讲练结合§2-1磁场一、磁的几个基本概念1、磁性：能够吸引铁、镍、钴及其合金的性质。2、磁体：具有磁性的物体，也称磁铁。3、磁极：磁体两端磁性最强的部分。任何磁体都具有两个磁极，分别是北极（N）和南极（S）。4、磁极间的相互作用力：同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。5、磁场：磁体周围空间中存在着的一种特殊物质。磁极间的作用力就是通过磁场传递的。6、磁感线：为了形象地描述磁场分布而画出的一些有方向的曲线。7、磁感线的3个特点：①磁感线是互不交叉的闭合曲线；在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。②磁感线上任一点的切线方向，就是该点的磁场方向。③磁感线越密，磁场越强；磁感线越疏，磁场越弱。二、电流的磁场通电导体周围产生磁场的现象称为电流的磁效应。其磁场方向用右手螺旋定则（安培定则）来判断。1、直线电流产生的磁场方向：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，则四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。82、环形电流（螺线管）产生的磁场方向：右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场的北极方向。§2-2磁场的主要物理量1、磁感应强度（B）在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即B=F/IL。单位是特斯拉，简称特（T）。磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B的大小也等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。2、磁通（Φ）磁通是反映磁场在某一范围内的分布及变化情况的物理量。均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ=BS。单位是韦伯(Wb)。3、磁导率（μ）磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率为μO=4π×10-7H/m。将物质磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率（μr），则μr=μ/μO4、物质的分类（按相对磁导率的大小）①顺磁物质（μr1）；②反磁物质（μr1）；③铁磁物质（μr1）5、磁化：使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。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）。92、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=Emsinωt10三、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。(a)u与i同相(b)u超前iu、iωtOuiu、iωtOuiu、iωtOuiu、iωtOui(c)u与i反相(d)u与i正交11§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12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第四章三相交流电路本章教学要求：1、了解三相交流电的特点，掌握三相四线制电源的线电压与相电压的关系。2、掌握三相交流电路中对称三相负载分别作星型和三角形连接时的有关性质，并会进行简单计算。3、了解发电、输电和配电的概况。4、掌握安全用电的一般知识。重点：三相交流电的特点；三相负载的连接方式；安全用电常识难点：线电压和相电压关系的应用、线电流和相电流关系的应用教学方法：讲授法、讲练结合、引导式§4-1三相交流电一、三相交流电的三个优点1、三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率要大。2、三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。3、在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。13二、三相交流电动势的产生由三相交流发电机产生。发电机结构示意图如课本图4-1所示，产生的三个对称正弦交流电动势分别为：eU=Emsin(ωt)V；eV=Emsin(ωt-120°)V；eW=Emsin(ωt+120°)V（针对性课堂练习：课本P108第2题）波形图相量图相序——三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序。规定每相电动势的正方向是从线圈的末端指向始端，即电流从始端流出时为正，反之为负。三、三相四线制线电压：相线与相线之间的电压。相电压：相线与中线之间的电压。U线=√3U相线电压总是超前于对应的相电压30°。14举例：已知某三相对称负载接在线电压为380V的三相电源中，其中R相=6Ω，X相=8Ω。试分别计算该负载作星形连接和三角形连接时的相电流、线电流及有功功率。§4-4安全用电常识一、触电方式及安全常识1、触电方式有三种：单相触电（220V）、两相触电（380V）、跨步电压触电2、电流对人体的伤害：(分电击和电伤)电击是电流通过人体内部，对人体内脏及神经系统造成破坏。电伤是电流通过人体外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、熔化的金属渗入皮肤等。3、安全电流：交流30mA及其以下；直流40mA及其以下。4、人体电阻：一般干燥皮肤时约2kΩ，皮肤潮湿或有损伤约800Ω。5、安全电压：交流36V及其以下，直流48V及其以下。二、防止触电的技术措施1、保护接地：将电气设备的金