电工技术项目一备课.doc
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1、项目一 直流电路的测试分析模块一 基本物理量的测量 第1堂 电压、电流目的:掌握电压、电流这2个基本物理量基本概念,理解参考方向与真实方向及数值关系、掌握电压、电流的测量方法重点:方向、单位,难点:测量教具:万用表、实际器件、导线、电池等教法:讲解、演示内容:1、电路的组成和作用电路是电流的通路,它是为了实现某种功能,由一些电气器件和设备按一定方式连接而成。复杂的电路称为网络。2、电路的另一种功能是实现电信号的传递和解决3、电路中常见的符号画出符号并演示实际器件 (以上为补充内容)电路的基本物理量:重要有电流、电压、电位、电动势、电功率、电能等 一、电流电荷的定向移动形成电流,表达电流强弱的物
2、理量是电流强度(简称电流)。1、电流强度:指单位时间内通过导体横截面的电荷量,用i表达,即(1)电流大小:i=dq/dt(2)电流单位:国际单位为安培(简称安A)。常用的有毫安(mA)、微安(A)、千安(kA)等。(3)电流的实际方向习惯规定为正电荷运动的方向。在电路中,直流电流(简写DC)习惯用I表达。交流电流,简称交流(简写AC)习惯用i表达。(4)电流参考方向任意假设一个方向为电流的方向,称为电流的参考方向,在电路图中用箭头表达。根据电路计算出电流i0, 则说明电流的参考方向与实际方向相同; 若电流i0时,表达元件实际消耗或吸取电能 P0时,表达元件实际发出或释放电能 电阻元件上的功率不
3、会为负值结果与采用哪个公式计算无关 电气设备额定值额定电压额定电流额定功率电路的三种状态:通路、断路(开路)、短路第3堂电工实验台操作介绍目的:熟悉实训室实验台,掌握基本操作重点:掌握基本操作难点:调试过程:边讲解、边演示以下内容:一、熟悉总电源的打开与关闭二、熟悉电流源与电压源的控制调试三、熟悉数字电压表、电流表的控制、档位选择四、熟悉实验台上的各种器件和符号五、熟悉调压变压器的使用方法六、熟悉电路的连接方法七、学生思考:如何启动、关闭实验台?如何调节直流电压、电流输出?如何测量直流电压?如何测量直流电流?有哪些直流测量电路?有哪些挂件箱?如何调节交流电压输出?如何测量交流电大小?八、学生练
4、习调试得到12V、6V直流电压调试得到15mA、1.5mA直流电流调试得到220V、150V交流电压如何将电源、仪表与被测电路连接?模块二 二端网络伏安特性分析第4堂 电路元件伏安特性基本概念目的:掌握电阻、电流源、电压源等电路基本元件的伏安特性及功率,理解关联参考方向,掌握元件的特点重点:伏安关系难点:实际电源的伏安特性分析教法:讲解、演示、练习内容:一、电阻元件及其伏安关系1、伏安关系:u与i的参考方向关联时:U =RI u与i的参考方向不关联时: U =RI2、电阻R:既表达电阻元件,又表达元件的参数。单位为、kM、等。3、功率:P=UI=I2R=U2/R电阻元件总是取用功率,与电压、电
5、流的实际方向无关。故电阻是一种耗能元件,并将电能转化为热能,其热能为Q=I2Rt(J)。二、电压源伏安特性1、抱负电压源 特点:电压总保持定值或一定的时间函数,与通过它的电流无关。电压为定值的电压源称为直流电压源。伏安关系: 2抱负电流源 特点:电流总保持定值或一定的时间函数,与其端电压无关。基本性质:流过它的电流为定值IS或一定的时间函数is(t),与端电压无关;电流由其自身决定,而端电压可以是任意的,即端电压不是由电流源自身决定,而是由电流源电流和与之相连接的外电路共同决定。 3、实际电压源 R0越小,电源内压降越小,因负载变动引起的输出电压变动也就越小,即输出电压越稳定。所以,实际电源的
6、内阻越小,就越接近抱负电压源。若R0=0,则U=E,即为抱负电压源。, 4、实际电流源伏安特性曲线也可表达为Is称为短路电流,是电源两端的导线因某种事故连在一起(即短路)时的输出电流。 R0越小,电源内阻分流越小,因负载变动引起的输出电流变动也就越小,即输出电流越稳定。所以,实际电源的内阻越小,就越接近抱负电流源。若R0=,则I=Is,即为抱负电流源。5、 电源的等效变换:条件: 电压源电流源:Is=E/R0, R0不变电流源电压源: E=Is.R0, R0不变注意事项: 两个二端网络等效是指它们端口的伏安关系完全相同。因此,抱负电压源和抱负电流源不等效。 等效只是对外电路而言。因此,对电源内
7、部并不等效。 在作电源模型的等效变换时,要注意电源的极性,电动势E的极性和电流源Is的方向对外电路的效果应一致。小结:第5堂 电阻的串联与并联目的:熟悉电阻的串联、并联的电路形式,掌握串联、并联的特点,能运用这些特点对电路进行分析和计算。重点:运用特点分析和计算电路难点:电路分析教法:讲解、练习内容:一、二端网络的概念一个具有两个端口与外电路相联结的网络,称为二端网络网络内部不具有独立电源,为无源二端网络;具有的为有源二端网络。二、电阻的串联1.电阻串联电路形式: 电路中若干个电阻依次连接,各电阻流过同一电流,这种连接形式称为电阻的串联。2.串联电阻电路的特点:(1)通过各个电阻的电流相同,即
8、:I=I=I=I=I (2)总电压U等于各串联电阻电压的代数和,即::(3)串联电阻电路的总电阻(等效电阻)R等于各串联电阻阻值的代数和。 RI= RI+RI+RI所以:(4)串联电阻电路中,各串联电阻电压与它们各自的阻值成正比。由于:U=RI=RI=R U=RI=RI=R U=RI=RI=R所以: 串联电阻电路的这一特性,称为串联电阻电路的分压特性。串联电阻电路的分压特性在实际电路中得到了广泛应用,如扩展电压表量程等。(5)串联电阻电路消耗的总功率P等于各串联电阻消耗功率的代数和,由于:P=RI=(R+R+R) I= RI+RI+RI所以:三、 电阻的并联1.电阻并联的连接方式: 电路中若干
9、个电阻连接在两个公共点之间,每个电阻承受同一电压,这样的连接形式称为电阻的并联 2.并联电阻电路的特点:(1)并联电阻电路中,各并联电阻的端电压相同,即 U=U=U=U=U(U表达第n个电阻的端电压)(2)流过并联电阻电路的总电流I等于各支路电流的代数和,即(3)并联电阻电路的总电阻(等效电阻)R的倒数等于各并联电阻倒数之和。由于:即:所以:(4)并联电阻电路中,流过各并联电阻的电流与它们各自的阻值成反比,由于:所以:并联电阻电路的这一特性,称为并联电阻电路的分流特性。并联电阻电路的分流特性在实际电路中也得到了广泛应用,如扩展电流表量程等。(5)并联电阻电路消耗的总功率P等于各并联电阻消耗功率
10、的代数和。由于:所以:四、 电阻的混联电路中既有电阻串联,又有电阻并联的连接方式叫做电阻的混联。这一类电路可以用串、并联公式化简。在计算混联电路的等效电阻时,关键在于辨认各电阻的串、并联关系。练习:第6堂 电路的欧姆定律目的:掌握两个欧姆定律,会用定律对电路进行分析计算,熟悉电路的三种工作状态及其特点。重点:定律的运用难点:定律的运用教法:讲解、练习内容:一、欧姆定律:1 部分电路欧姆定律在线性电路中,导体中的电流I与加在导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比。 或U=RI 当所加电压U一定期,电阻R越大,则电流I越小,它说明电阻具有对电流起阻碍作用的物理性质。 (1)电流、电压、电阻三
11、个物理量必须属于同一电路,并在同一时刻才有上述关系。(2)这段电路中不具有电源,否则不能用上式计算。(3)电阻元件必须是线性电阻 2、 全电路欧姆定律 具有电源和电阻的叫全电路,它的电动势为E,电源内部具有电阻,称内电阻,用RO表达,R是外电路电阻。在全电路中,电流I与电源电动势E成正比,与外电路电阻和内电阻之和R+RO成反比。RO-UOE E=U+ROI 或U=E-ROI 例: 电路如右图,I=1A,RO=1,R1=20,则RO与R1 上消耗的功率各为多少?电源的电动势为多少?电源产生的功率为多少? 解:RO上消耗的功率为:PORoI2112W1WRL上消耗的功率为: P1= R1I2201
12、2W20电源电动势为: E(Ro+R1)I=(1+20)1V21V电源产生的功率为: P=EI211W21W二、电路的三种工作状态1、 开路状态开关S1断开时,电路不通,外电路的电流为零,外电路电阻相称于无穷大。电路的这种状态称为开路(空载)状态。S1 S2开路状态的重要特性: I=0,电源端电压 UCUS电阻R上功率 P0 电源产生功率:PS=0 2、 短路状态由于某种因素而使电源两端被电阻接近于零的导线接通时,该电源被短路, S1、S2闭合时。若电路中某元件两端被电阻为零的导体接通,则该电路元件被短路。短路状态电路的重要特性:R上电压Uab=0 电源端电压U=0,电源输出功率P20,电源所
13、产生的功率所有消耗在内阻上,即 PS=USIROI2 (RO很小,I非常大) 短路也许使电源和其他电气设备损坏,并也许引起火灾,导致短路的因素,重要是由于导体之间绝缘层损坏而直接接触,或是由于错误操作引起。为防止短路,通常在电路中安装熔断器或其他保护装置。 3 、额定工作状态S1 闭合,S2断开,电路接通,电源向负载正常供电,称为通路状态。任何电气设备都有一定的电压,电流和功率的限额。额定值就是电气设备制造厂对产品规定使用限额,电气设备工作在额定值的情况下就称为额定工作状态。例:一个标明220V、40W的电阻负载假如接在110V的电路上,问其实际消耗的功率为多少?解:电阻负载功率为: 220V
14、 40W的电阻为 : 220V、40W的电阻负载接在110V电路上时,其实际消耗功率为:小结:第7堂 相关实践知识目的:掌握电路元件的伏安特性测试方法,掌握简朴电路的测试方法重点:熟悉基本操作难点:测试方法教法:讲解、演示、练习内容:一. 单电阻伏安特性的测量分析二. 电阻串并联伏安特性的测量分析三. 电压源伏安特性测量分析1、抱负电压源2、实际电压源四. 电流源伏安特性测量分析1、抱负电流源2、实际电流源五、学生练习 运用实训台上的现有设备,进行电阻、实际电源的特性测试模块三 有源二端网络化简分析第8堂 电源的等效变换目的:熟悉电压源和电流源的特点,能掌握电压源、电流源等效变换原则,能运用电
15、源的等效变换进行电路分析化简和计算。重点:电源的等效变换难点:运用电源的等效变换进行电路分析和计算。教法:讲解、练习内容:一、 电源的连接 n个电流源相并联,对外可等效为一个电流源,其电流为各个电流源电流的代数和,n个电压源相串联,对外可等效为一个电压源,其电压为各个电压源电压的代数和即:I=I+I+I= 只有电压相等、极性一致的电压源才允许并联,只有电流相等且方向一致的电流源才允许串联。一个电流源I与电压源或电阻相串联,对外就等效为一个电流源,等效电流源的电流为I,等效电流源的电压不等于替代前的电流源的电压而等于外部电压U。一个电压源U与电流源或电阻相并联,对外就等效为一个电压源,等效电压源
16、的电压为U,等效电压源中的电流不等于替代前的电压源的电流而等于外部电流I。 二、电源的等效变换两种实际电源模型等效变换时,其端口电压与电流关系应是相同的如图:对于图(a):U=URI 对于图(b):U= RIRI实际电压源模型和实际电流源模型等效变换条件为: U=RI R= R注:(1)在等效的过程中注意电压源的参考极性与电流源的参考方向,电流源的参考方向一定是要指向电压源的正极性端。(2)两种实际电源模型等效变换是指外部等效,对外部电路各部分的计算是等效的,但对电源内部的计算是不等效的。(3)抱负电压源与抱负电流源不能进行等效变换。例1 试将下图(a)中的实际电压源模型转换为电流源模型,将图
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