《汽车电工电子》教案交流电路.docx
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《汽车电工电子》教案交流电路
模块二交流电流
一、教学目标
1.理解交流电的概念;
2.掌握正弦交流电的三要素;
3.看懂正弦交流电的解析式及波形;
4.了解交流电路的三种基本形式及特性;
二、课时分配
本项目共3个课题,安排2课时。
三、教学重点
通过本模块的学习,让学生掌握正弦交流电的三要素;看懂正弦交流电的解析式;掌握交流电路的基本形式;理解纯电阻、纯电容、纯电感交流电路的特性;掌握三角形连接和星形连接的方法。
四、教学难点
1.掌握三相交流电的概念及形成;
2.掌握三角形连接和星形连接的方法,了解两种连接的特点;
五、教学内容
课题一交流电的概念
一、交流电与交流电路的概念
1.交流电
大小和方向都随时间作周期性变化的电压、电动势和电流统称为交流电。
交流电波形
2.交流电路
在交流电作用下的电路称为交流电路。
日光灯的工作电路
二、 正弦交流电
1. 基本概念
在交流电中最常用的是正弦交流电,我们把电压和电流均随时间作正弦规律变化的交流电称作正弦交流电。
含有正弦交流电源的电路称作正弦交流电路。
正弦交流电的波形
2.正弦交流电的周期、频率和角频率
① 周期
② 频率
频率的单位除赫兹外,还有千赫(kHz)和兆赫(MHz),换算关系如下:
1MHz=103kHz=106Hz
由周期与频率的定义可知:
f=1/T或T=1/f
③ 角频率
ω=2πf
3.正弦交流电的解析式
用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的方法。
正弦交流电的电动势、电压、电流的解析式如下:
e=Emsin(ωt+φ)
u=Umsin(ωt+φ)
i=Imsin(ωt+φ)
其中e——瞬时电动势值,单位为伏(V);
u——瞬时电压值,单位为伏(V);
i——瞬时电流值,单位为安培(A);
Em——最大电动势值,单位为伏(V);
Um——最大电压值,单位为伏(V);
Im——最大电流值,单位为安培(A);
ω——角频率,单位弧度/秒(rad/s);
t——时间,单位秒(s);
φ——初相位,单位度(°)。
① 瞬时值
② 最大值
③ 有效值
4.正弦交流电的相位及波形
(1)正弦交流电的波形
用正弦函数曲线来表示交流电变化规律的图形称为正弦交流电的波形。
正弦交流电的波形和相位
(2)正弦交流电的相位
① 相位
② 初相位
③ 相位差
课题二交流电路的形式
在交流电路中,主要有三种不同的负载元件:
电阻、电感和电容。
一、纯电阻交流电路
只含有电阻元件的交流电路叫做纯电阻交流电路,如含有白炽灯、电炉、电冰箱等的交流电路称为纯电阻交流电路。
纯电阻交流电路
纯电阻交流电路电压u与电流i的波形图
在纯电阻交流电路中,电阻R两端的电压u和通过电阻的电流i的相位是相同的。
两者的关系满足欧姆定律,即
I=U/R
二、纯电感交流电路
仅由电感组成的交流电路称为纯电感交流电路。
纯电感电路中电感两端的电压与通过的电流,两者关系符合欧姆定律。
表达式:
U=I
式中U——电感两端的电压,单位为伏(V);
I——通过电感的电流,单位为安培(A);
——感抗,单位为欧姆(Ω);
=ωL,L是电感的自感系数,单位为享利(H)。
纯电感交流电路
电感电压与电流的波形图
感抗XL,是表征电感对交流电所呈现的“阻止”能力大小的一个参数,也称电感抗。
感抗的大小与电流的频率成正比。
三、纯电容交流电路
仅由电容作为交流电路的负载的电路称为纯电容交流电路。
纯电容交流电路中电容两端的电压与通过的电流,两者关系符合欧姆定律。
表达式:
U=I
式中U——电容两端的电压,单位为伏(V);
I——电路中的充放电电流,单位为安培(A);
XC——容抗,单位为欧姆(Ω)。
=
纯电容交流电路
电容电压与电流的波形图
式中ω——交流电的角频率,单位为弧度/秒;
C——电容量,单位为法拉(F);
f——频率,单位为赫兹(Hz)。
容抗XC,是表征电容对交流电所呈现的“阻止”能力大小的一个参数,称容抗。
四、RLC串联电路
将电阻、电感和电容串联在交流电路中所形成的电路称作RLC串联电路。
RLC串联电路
在RLC串联电路中,电路的特性可由电源电压u和电流i的相位差φ的大小判断出电路的性质,即:
若XL>XC,则φ>0,电压超前电流,电路呈电感性;
若XL<XC,则φ<0,电压滞后电流,电路呈电容性;
若XL=XC,则φ=0,电压与电流同相,电路呈电阻性。
课题三三相交流电
一、三相交流电的基本概念
1.单相电的产生
在两磁极之间放一个线圈,让线圈以一定的角速度顺时针旋转。
单相电的产生
2.三相交流电动势的产生
由三个频率、幅值相等,彼此相位差为120°的单相交流电构成的电源称作三相交流电,由三相交流电构成的电路称为三相交流电路。
若以第一相ea为参考正弦量,可得三相电动势的解析式如下:
ea=Emsinωt
eb=Emsint(ωt-120°)
ec=Emsint(ωt+120°)
三相交流电发电机结构示意图
三相交流电的波形
三相电动势最大值出现的次序称为相序,在图中,A、B、C三个绕组分别称为第一绕组、第二绕组、第三绕组。
二、三相交流发电机绕组的连接
1.三角形连接
如图(a)所示,把A绕组的末端与C绕组的首端相连,把C绕组的末端与B绕组的首端相连,把B绕组的末端与A绕组的首端相连,并从以上三个接点上引出三根线,向外供电。
三相绕组三角形的连接
如图(b)所示,三角形连接中,相电压UAB、UBC、UCA与线电压UAX、UBY、UCZ之间关系如下:
UAB=UAXUBC=UBYUCA=UCZ
即,相电压等于线电压。
2.星形连接
如图(a)中,把发电机A、B、C三个绕组的末端连接在一起,成为一个公共点(称为中性点),用符号“N”表示,从中性点引出的输出线称为中性线(零线),中性线通常与大地相接,并把接地的中性点称为零点。
三相绕组的星形连接
六、课后作业
完成所有课题的学后测评。
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