电工基础大专教材教材.docx

电工基础大专教材教材.docx

《电工基础大专教材教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工基础大专教材教材.docx（49页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电工基础大专教材教材

《电工基础》大专教材电子教案

第1章电路的基本概念及定律

§1－1电路及其模型

教学目的掌握电路的概念、理想电路元件、电路模型的概念及电路中的相关名词。

教学重点电路模型的概念及电路中的相关名词

教学难点理想电路元件及电路中的相关名词

教材和参考书《电工基础》中国轻工业出版社

新课引入1、介绍本课程的学习目的，课程主要内容，重点及难点。

2、对本期学习提出具体要求。

教学内容及过程

第1章电路的基本概念及定律

§1－1电路及其模型

一、电路

1、概念

电流所流通的路径称为电路。

2、基本组成

①电源——将非电能转换成电能。

②导线——起电路连接作用。

③开关——起接通和断开电路的作用。

④负载——将电能转换成非电能。

3、功能

实现能量的转换、分配和传输，信号的传递与处理，还可以实现对信息测量和存储。

二、理想电路元件

1、概念

根据元器件的主要物理特性进行理想化和简单化处理，从而建立的物理模型或数学模型被称为理想电路元件。

2、常见理想电路元件

①电阻元件②电容元件③电感元件

3、常见元件图形符号（见表1－1）

三、电路模型及相关名词

1、电路模型

将实际电路用若干个理想电路元件经理想导体连接起来所模拟组成的电路称为实际电路的电路模型。

2、相关名词

①串联和并联

②支路和结点

支路：

几个二端元件串联而成的没有分支的一段电路称为支路。

通过支路的电流称为支路

电流，支路两端之间的电压称为支路电压。

结点：

电路中三条或三条以上的支路相连接的点称为结点。

③回路和网孔

回路：

由几条支路构成的闭合路径称为回路。

网孔：

未被其它支路分割的单孔回路称为网孔。

课堂小结：

本节主要讲解了电路的概念、理想电路元件、电路模型的概念及电路中的相关名词。

作业布置：

P31、5

§1－2电路的主要物理量

（一）

教学目的掌握电流的定义，电流大小和方向的规定，电流的参考方向，电压、电位、电动势的定义，电压、电动势的参考方向。

教学重点电流大小和方向的规定，电压、电位、电动势的定义及应用。

教学难点电压、电位、电动势的定义及应用。

复习导入1、什么是电路？

电路的作用有哪些?

2、什么是电路模型？

3、什么叫支路、结点、回路、网孔？

教学内容及过程

§1－2电路的主要物理量

（一）

一、电流及参考方向

1、电流

①概念

电荷的定向移动形成电流。

②电流的大小

衡量电流大小的量为电流强度,简称电流,用i表示。

其大小等于单位时间内通过导体截面的电荷量。

即i=dq∕dt,单位：

安培（A）。

③电流的方向

规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。

（正方向）

④电流的分类

﹛恒定直流电

﹛直流电﹛

﹛﹛脉动直流电

电流﹛

﹛﹛正弦交流电

﹛交流电﹛

﹛非正弦交流电

2、电流的参考方向

任意假设电流某一方向为正的方向,称为电流的参考方向,若最后求出电流值为正,说明参考方向与实际方向一致,否则说明参考方向与实际方向相反。

二、电压、电位、电动势及参考方向

1、电压

①定义单位正电荷在电场力的作用下由a点转移到b点时所做的功,叫做a、b两点间的电压,用uab表示。

即uab﹦dwab∕dq,单位：

伏特（V）。

②方向电压的实际方向是电位降低的方向。

2、电位

①定义单位正电荷由某点移至参考点时电场力所做的功叫做这点的电位。

电路中某一点的电位等于该点到参考点之间的电压。

习惯认为参考点的电位为零。

②电位差电路中任意两点间的电位之差称为这两点的电位差。

电位差实际上就是这两点之间的电压,即uab=ua‐ub。

电压的实际方向总是由高电位点指向低电位点。

3、电动势

①定义电源力克服电场力把单位正电荷从电源的负极搬运到正极所做的功称为电源的电动势,用e表示。

单位：

伏特（V）。

②方向在电源内部由低电位端（负极）指向高电位端（正极）,即电动势的实际方向与电压的实际方向相反。

4、电压、电动势的参考方向

假定电压、电动势的某一方向为正的方向,称为参考方向,若同一元件的电流参考方向与电压参考方向相一致,称为关联参考方向,反之则为非关联参考方向。

课堂小结本节课主要讲解了电流大小和方向的规定，电压、电位、电动势的定义及应用。

作业布置P85、6

§1－2电路的主要物理量

（二）

教学目的掌握电功率的定义及计算,电能的定义及计算,了解电路的能量守恒定律。

教学重点电功率和电能的定义及计算。

教学难点电功率和电能的计算。

复习导入1、什么是电流？

如何衡量其大小？

2、什么是电压？

如何衡量其大小？

教学内容及过程

§1－2电路的主要物理量

（二）

三、电功率及电能

1、电功率

①定义电场力在单位时间内所做的功。

它反映了电流做功的快慢。

②表达式p=dw/dt=ui

③单位瓦特，简称瓦（W）。

1Mw=1000Kw,1Kw=1000w,1w=1000mw。

④电功率的吸收和产生

当p>0时，元件吸收功率。

当p<0时，元件提供（产生）功率。

2、电能

①表达式w=pt=uit

②单位焦耳，简称焦（J）。

千瓦时（Kw.h）,俗称“度”。

1度=1Kw.h=3.6×10^6J。

课堂小结本节课主要讲解了电功率和电能的定义及计算，电路的能量守恒定律。

作业布置P204、5

§1－3基尔霍夫定律

教学目的掌握基尔霍夫电流定律和电压定律的内容及应用

教学重点基尔霍夫电流定律和电压定律的内容及应用

教学难点基尔霍夫电压定律的应用

复习导入1、什么是电功率？

电功率的计算公式是什么？

2、“1”度电指的是什么意思？

教学过程及内容

§1－3基尔霍夫定律

一、基尔霍夫电流定律

1、内容

表述一：

集总参数电路中任一结点，在任意时刻，流入该结点的全部支路电流之和等于流出该结点的全部支路电流之和，即Σi入=Σi出。

表述二：

集总参数电路中任一结点，在任意时刻，流经该结点的全部支路电流的代数和恒等于零。

即

2、适用范围

基尔霍夫电流定律不仅适用于结点，也可以推广运用于电路的任一包围几个结点的封闭面。

二、基尔霍夫电压定律

1、内容

集总参数电路中的任一回路，在任意时刻，沿任一闭合路径绕行一周，回路上的各支路电压的代数和恒等于零。

即

2、适用范围

基尔霍夫电压定律通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一不闭合的电路上（将其假想成回路）。

课堂小结本节课主要讲解了基尔霍夫电流定律和电压定律的内容及应用。

作业布置P103

§1－4电阻元件

教学目的掌握电阻元件的伏安特性，电阻元件的分类，线性电阻元件及其定律，短路及开路的概念，线性电阻元件的功率。

教学重点电阻元件的伏安特性，短路及开路的概念，线性电阻元件的功率。

教学难点电阻元件的伏安特性，线性电阻元件及其定律。

复习导入1、基尔霍夫电流定律的含义是什么？

2、基尔霍夫电压定律的含义是什么？

教学过程及内容

§1－4电阻元件

一、电阻元件

1、电阻元件的伏安特性

电阻元件电压与电流的代数关系称为电阻元件的伏安特性。

2、电阻元件的分类

①线性电阻元件

②非线性电阻元件

③时不变电阻元件

④时变电阻元件

二、线性电阻元件及其定律

1、线性电阻

线性电阻电阻值的大小不随其两端电压和通过的电流而改变，其伏安特性曲线是过原点的一条直线。

2、电导G

G=1/R单位：

西门子（s）i=Gu

三、短路及开路的概念

1、短路

若电阻元件的电阻值为零，则当电流是有限值时其电压总是零，这种情况称为短路。

2、开路

若电阻元件的电阻值为无限大，则当电压是有限值时其电流总是零，这种情况称为开路。

四、线性电阻元件的功率

1、表达式p=ui=Ri^2=u^2/R

2、焦耳定律

W=Ri^2（t-t1）

课堂小结本节课主要讲解了电阻元件的伏安特性，短路及开路的概念，线性电阻元件的功率。

作业布置P134、5

§1－5电流源

教学目的掌握理想电流源的概念、性质及电路符号，电流源构成的实际直流电源模型

教学重点电流源的电路符号，电流源构成的实际直流电源模型

教学难点电流源构成的实际直流电源模型

复习导入1、什么是线性电阻？

2、说明在什么情况下电路是处于短路状态和开路状态。

教学过程及内容

§1－5电流源

一、理想电流源（恒流源）

1、概念

能向外电路输送恒定电流的电源称为理想电流源。

2、性质

①电流源输出的电流是某恒定值或给定的时间函数，与其端电压无关。

②电流源的端电压仅与外接电路有关，其端电压可以是任意的。

3、电路符号

二、电流源构成的实际直流电源模型

1、实际电源模型

电流源和电阻并联组合为实际直流电源模型，如图所示。

图中Is为电流源产生的定值电流，Gs等于实际电源的内电导，R为负载电阻，实际直流电源电压为U，电流为I。

2、外特性

I=Is-GsU=Is-U/Rs（Rs为电源内阻）

上式说明，实际电流源的内导Gs越小，内部分流越小，就越接近于理想电流源。

3、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了电流源的电路符号，电流源构成的实际直流电源模型

作业布置P152、3

§1－6电压源

§1－7单回路电路分析

教学目的掌握理想电压源的概念、性质及电路符号，电压源构成的实际直流电源模型。

教学重点理想电压源的性质及电路符号，电压源构成的实际直流电源模型。

教学难点电压源构成的实际直流电源模型。

复习导入1、什么是理想电流源？

2、如何采用理想电流源表征实际电源？

教学过程及内容

§1－6电压源

一、理想电压源

1、概念

本身没有内阻，端电压为定值的电源称为理想电压源。

2、性质

①电压源的电压是给定的时间函数，与流过的电流无关。

②电压源的输出电流随它所连接外电路的不同而改变，其电流可以是任意的。

3、电路符号

二、电压源构成的实际直流电源模型

1、实际电压源模型

可以用电压源和电阻串联组合作为实际直流电源模型，如图所示。

图中Us为电压源的电压，Rs等于实际直流电源的内阻，R为负载电阻，实际直流电源的电压为U，电流为I。

2、外特性

U=Us-RsI

上式说明，实际电压源的内阻Rs越小，内部的分压就越小，就越接近于理想电压源。

3、例题分析

§1－7单回路电路分析

本节利用直流电压源和电阻元件构成单回路电路，通过几个例题介绍其分析方法。

课堂小结本节课主要讲解了理想电压源的概念、性质及电路符号，电压源构成的实际直流电源模型。

作业布置P182、3

第二章电阻电路

§2-1电阻的串并联

教学目的掌握等效变换的概念，串联电阻的计算，并联电阻的计算，电阻的混联（串、并联）

教学重点串联电阻的计算，并联电阻的计算，电阻的混联（串、并联）

教学难点电阻的混联（串、并联）

复习导入1、什么是理想电压源？

2、如何采用理想电压源表征实际电源？

教学过程及内容

第二章电阻电路

§2-1电阻的串并联

一、等效变换的概念

在对电路进行分析计算时，将多个元件组成的电路化简为只有少数几个元件或者一个元件组成的电路，并确保未被化简电路的电压和电流保持不变，这种变换称为等效变换。

二、串联电阻的计算

1、等效电阻

R=R1+R2+···+Rk+···+Rn

2、分压公式

Uk=RkI=（Rk/R）U

3、例题分析

三、并联电阻的计算

1、等效电导

G=G1+G2+···+Gk+···+Gn

2、等效电阻

1/R=1/R1+1/R2···+1/Rk+···+1/Rn

3、分流公式

I1=（G1/G）I=[R2/（R1+R2）]I

I2=（G2/G）I=[R1/（R1+R2）]I

4、例题分析

四、电阻的混联（串、并联）

1、分析电路，求出串并联电阻的总的等效电阻或电导。

2、利用欧姆定律求出总端口的电压与电流。

3、利用分压和分流公式来求解电阻的电压或电流。

4、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了串联电阻的计算，并联电阻的计算，电阻的混联（串、并联）

作业布置P286、7

§2-2电源模型的等效变换及电源支路的串并联

教学目的掌握电压源及电流源的等效变换，电源支路的串并联，电源等效变换的应用。

教学重点电压源及电流源的等效变换，电源等效变换的应用。

教学难点电压源及电流源的等效变换

复习导入1、什么是等效变换？

2、电阻串联及并联的主要特点是什么？

教学过程及内容

§2-2电源模型的等效变换及电源支路的串并联

一、电压源及电流源的等效变换

电压源与电阻的串联电路中，I=Us/Rs-U/Rs

电流源与电阻的并联电路中，I=Is-Gs/U

由上两式相对应可知电压源与电流源等效变换必须满足的条件为Is=Us/Rs,Gs=I/Rs。

注意事项：

①电源模型的内部是不等效的。

②理想电压源与理想电流源不能相互等效变换。

③两种电源模型的等效变换可以进一步理解为含源支路的等效变换。

例题分析

二、电源支路的串并联

1、电压源的串联

当n个电压源串联时，可以用一个等效电压源代替。

这个等效电压源的电压为：

Us=Us1+Us2+···+Usn=

Rs=R1+R2+···+Rn=

2、电流源的并联

当n个电流源并联时，可以用一个等效电流源代替。

这个等效电流源的电流为：

Is=Is1+Is2+···+Isn=

Gs=G1+G2+···+Gn=

3、电源等效变换的应用

当电压源支路并联时，可以用电源支路的等效变换求得其等效电路。

同理，电流源支路串联时，可以用电源支路的等效变换求得其等效电路。

4、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了电压源及电流源的等效变换，电源等效变换的应用。

作业布置P347、8

§2-4支路电流分析法

教学目的掌握线性电路的一般计算方法，支路电流分析法，支路电流分析法的计算步骤及例题分析

教学重点支路电流分析法，支路电流分析法的计算步骤及例题分析

教学难点支路电流分析法的计算步骤及例题分析

复习导入1、什么是电源的等效变换？

2、两种电源模型等效变换的条件是什么？

教学过程及内容

§2-4支路电流分析法

一、线性电路的一般计算方法

先选择电路的变量，可以选择支路电流、支路电压、网孔电流或结点电压为变量，再根据KCL、KVL和VCR建立电路的方程。

列写电路方程的最基本方法是支路电流分析法，由支路电流分析法为基础得到网孔分析法和结点分析法。

网孔分析法和结点分析法具有较少变量数和方程数，易于求解。

二、支路电流分析法

支路电流分析法就是由支路方程求解电路的方法。

一般设电路有b条支路，那么就有b个未知电流可以选为变量，这就需要列出b个独立方程。

对于具有n个结点的电路，只能列出n-1个独立的KCL方程，然后应用KVL列出其余[b-﹙n-1﹚]个方程。

三、支路电流分析法的计算步骤

①在电路图中先选定各支路电流的参考方向，设出各支路电流。

②指定参考结点，对独立结点列出n-1个KCL方程。

③设定各网孔绕行方向，各网孔绕行方向必须一致，列出b-﹙n-1﹚个KVL方程。

④联立求解上述b个独立方程，可得出待求的各支路电流，然后按VCR求各支路的电压。

四、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了支路电流分析法，支路电流分析法的计算步骤及例题分析

作业布置P402、3

§2-5网孔电流分析法

教学目的掌握网孔概念及方程，网孔电流分析法的计算步骤及例题分析

教学重点网孔电流分析法的计算步骤及例题分析

教学难点网孔电流分析法的例题分析

复习导入1、什么是支路电流分析法？

2、支路电流分析法的计算步骤是什么？

教学过程及内容

§2-5网孔电流分析法

一、网孔概念及方程

为了减少方程数量，可选网孔电流为电路变量列写方程，这种方法称为网孔电流分析法。

引入网孔电流后，网孔电流在所有结点处都自动满足KCL，可以不必对各独立结点另列KCL方程，省去了n-1个方程。

二、网孔电流分析法的计算步骤

1、先选定各网孔电流的参考方向。

2、列网孔方程。

3、解网孔方程，求出网孔电流。

4、标出支路电流的参考方向，网孔电流的代数和即为支路的电流。

5、若电路中存在电流源与电阻的并联，用实际电源进行等效变换后，再列写方程。

三、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了网孔电流分析法的计算步骤及例题分析

作业布置P433、4

§2-8戴维南定理

（一）

教学目的掌握戴维南定理的内容，戴维南定理的计算步骤及例题分析。

教学重点戴维南定理的内容，戴维南定理的计算步骤及例题分析。

教学难点戴维南定理的计算步骤及例题分析。

复习导入1、什么是网孔电流分析法？

2、网孔电流分析法的计算步骤是什么？

教学过程及内容

§2-8戴维南定理

一、戴维南定理

含独立源的线性二端电阻网络，对其外部而言，都可以用电压源和电阻串联组合等效代替，该电压源的电压等于网络的开路电压，该电阻等于网络内部所有独立源作用为零情况下的网络的等效电阻。

二、戴维南定理的计算步骤

1、把电路分为待求支路和有源二端网络两部分。

2、把待求支路断开，求出有源二端网络的开路电压Uoc。

3、将有源二端网络内的电压源短路，电流源开路（内阻保留），画出此时的无源二端网络辅助图，求出无源二端网络的等效电阻Ro。

4、画出戴维南等效电路，等效电路中的电源电压等于开路电压Uoc,等效电阻等于Ro,并把待求支路接上。

5、求出待求支路的电流、电压、功率等。

三、例题分析

四、注意事项

1、戴维南定理只对外电路等效，对内电路中的电流、电功率均不等效。

2、在画等效电路时，等效电压的方向与开路电压的方向应一致。

3、a与b两端的开路电压不等于a与b两端的实际电压，即Uoc≠Uab。

课堂小结本节课主要讲解了戴维南定理的内容，戴维南定理的计算步骤及例题分析。

作业布置P584、6

§2-8戴维南定理

（二）

教学目的掌握最大功率传输定理的推导过程，最大功率传输定理的内容及例题分析。

教学重点最大功率传输定理的内容及例题分析。

教学难点最大功率传输定理的推导过程。

复习导入1、戴维南定理的内容是什么？

2、戴维南定理的计算步骤是什么？

教学过程及内容

三、最大功率的传输

1、推导过程

如图2-52所示，电源向负载输出的功率就是负载吸收的功率，因为I=Uo/（Ro+R）,所以P=I²R=[Uo/（Ro+R）]²R=（Uo²R）/（R²+2RRo+Ro²）=（Uo²R）/（R²-2RRo+Ro²+4RRo）=（Uo²R）/[（R-Ro）²+4RRo]=Uo²/[（R-Ro）²/R+4Ro]。

只有分母最小时，P才是最大，即只有R=Ro时，P才能达到最大值。

因此负载获得最大功率的条件为R=Ro，即负载电阻等于电源内阻。

当R=Ro时，负载获得最大功率为Pmax=Uo²/4Ro

若为电流源，则有Pmax=RoIs²/4。

2、最大功率传输定理

实际的电压源或电流源向负载供电，只有当负载电阻等于电源内阻时，负载上才能获得最大功率，最大功率为Pmax=Uo²/4Ro（电压源）或Pmax=RoIs²/4（电流源）。

通常把负载电阻等于电源内阻时的电路工作状态称为匹配状态（阻抗匹配）。

3、例题分析

课堂小结本节课主要讲解了最大功率传输定理的内容及例题分析。

作业布置P588

第三章正弦交流电路

§3-1正弦量及相量表示法

（一）

教学目的掌握随时间变化的电压和电流,正弦量的三要素及相位差

教学重点正弦量的三要素及相位差

教学难点正弦量的三要素及相位差

复习导入1、负载获得最大功率的条件是什么？

2、最大功率传输定理的内容是什么？

教学过程及内容

第三章正弦交流电路

一、随时间变化的电压和电流

1、时变的电压和电流

随时间变化的电压和电流称为时变的电压和电流。

2、瞬时值

随时间变化的电压和电流在任意时刻的数值称为它们的瞬时值，用u（t）或i（t）表示，简写为u或i。

3、周期电压和周期电流

如果时变的电压和电流的每个值在经过相等的时间间隔后循环出现，这种时变的电压和电流称为周期电压和周期电流，统称周期量。

4、周期和频率

周期：

周期量变化一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为秒（s）。

频率：

周期量每秒内变化的次数称为频率，用f表示，单位为赫兹（Hz）。

周期与频率的关系：

f=1/T

工频：

我国采用50Hz。

5、正弦量

交流量的大小和方向随时间按正弦规律变化的周期量称为正弦量。

二、正弦量的三要素及相位差

1、正弦量的三要素

①振幅值（最大值）

正弦量瞬时值中的最大值叫振幅值，也叫峰值。

②角频率ω

在单位时间内正弦量所经历的电角度叫做正弦量的角频率，即ω=α/t。

在一个周期T内，正弦量经历的电角度为2π弧度，故有ω=2π/T=2πf。

③初相

相位：

正弦量瞬时解析式中ωt+φ称为正弦量的相位角，又称相位。

初相：

t=0时正弦量的相位称为正弦量的初相，规定︳φ|≤π。

2、相位差

两个同频率正弦量的相位之差，称为相位差，用φ表示。

若两个正弦量u1=Um1sin（ωt+θ1）,u2=Um2sin（ωt+θ2）,则相位差为φ12=（ωt+θ1）-（ωt+θ2）=θ1-θ2。

①当φ12=θ1-θ2＞0时，u1超前u2φ12角度。

②当φ12=θ1-θ2＜0时，u1滞后u2φ12角度。

③当φ12=θ1-θ2=0时，u1与u2同相。

④当︳φ12|=︳θ1-θ2|=π时，u1与u2反相。

⑤当︳φ12|=︳θ1-θ2|=π/2时，u1与u2正交。

课堂小结本节课主要讲解了随时间变化的电压和电流,正弦量的三要素及相位差。

作业布置P802、3

§3-1正弦量及相量表示法

（二）

教学目的掌握正弦量的有效值,正弦量的相量表示法,用相量求正弦量的和与差。

教学重点正弦量的有效值,正弦量的相量表示法,用相量求正弦量的和与差

教学难点正弦量的相量表示法,用相量求正弦量的和与差

复习导入1、什么是正弦量的三要素？

2、什么是相位差？

什么是正交、同相及反相？

教学过程及内容

三、正弦量的有效值

1、定义

交流电流i通过电阻R在一个周期内所产生的热量和直流电流I通过同一电阻R在相同时间内所产生的热量相等，则这个直流电流I的数值叫做交流电流i的有效值。

2、与振幅值的大小关系

I=Im/√2=0.707ImU=Um/√2=0.707UmE=Em/√2=0.707Em

四、正弦量的相量表示法

1、复数及四则运算

①复数的几种表示方法

a、代数形式A=a+bj

b、三角形式A=rcosθ+jrsinθ,其中r=︳A︳=√a²+b²,θ=arctan（b/a）（-π≤θ≤π）,a=rcosθ,b=rsinθ

c、指数形式A=re^jθ

d、极坐标形式A=r∠θ

②复数的四则运算

a、复数的加减法

必须用代数形式，实部和实部相加减，虚部和虚部相加减。

b、复数的乘除法

用指数形式或极坐标形式较方便。

2、正弦量的相量表示法

设给出一个正弦量u=Umsin（ωt+θ）,在复平面上对应一矢量，矢量的模等于正弦量的幅值Um，矢量与横轴的夹角等于初相θ，即复数的复角。

上述矢量在起始位置时，可用复数Um*e^j