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1、闽北职业技术学院教案20142015学年第一学期课程名称：维修电工中级考证（上）授课教师：谢长明课程所属系（部）：信息与工程系课程名称：维修电工中级考证（上）授课班级：13计算机课程类型：J 理论课J 口实践课总学时：64学时学分：4使用教材：于建华编电工电子技术与技能人民邮电出版社教学方法、手段：讲授考核方式：考核方式为考试平时成绩20%（其中平时作业10%,出勤占5%,课堂表现5%）；实训测验成绩20%；期末理论测试60%。主要参考书目：1.电工技术仇超机械工业出版社2.电工基础周绍敏高等教育出版社3.电路邱关源高等教育出版社4.电工基础白乃平西安电子科技大学出版社标题：第1章电路的基本概
2、念与分析方法（1.1电路ri.3电路的基本状态）教学目的与要求：1 .了解电路、电路的基本组成、三种工作状态和电气设备额定值的意义；2 .理解电流产生的条件和电流的概念，掌握电流的计算公式；3 .掌握欧姆定律，理解电能和电功率的概念；掌握焦尔定律以及电能和电功率的计算；4 .了解电阻器，电阻参数，导体电阻的计算，电阻元件的定义，线性电阻和非线性电阻，温度对电阻的影响。教学重点与难点：1 .教学重点：电路的基本组成、电路的三种工作状态和额定电压、电流、功率等概念。掌握电流、电压、电功率、电能等基本概念。2 .教学难点：了解电路的三种工作状态特点。理解理想元件与电路模型、线性电阻与非线性电阻的概念
3、。教学时数：2教学内容与过程：教学内容方法与手段时间分配第一课时一、电路的基本组成1 .什么是电路电路是由各种元器件（或电工设备）按一定方式联接起来的总体，为电流的流通提供了路径。2 .电路的基本组成电路的基本组成包括以下四个部分：（1）电源（供能元件）：为电路提供电能的设备和器件（如电池、发电机等）。（2）负载（耗能元件）：使用（消耗）电能的设备和器件（如灯泡等用电器）。（3）控制器件：控制电路工作状态的器件或设备（如开关等）。（4）联接导线：将电器设备和元器件按一定方式联接起来（如各种铜、铝电缆线等）。3 .电路的状态（1）通路（闭路）：电源与负载接通，电路中有电流通过，电气设备或元器件获
4、得一定的电压和电功率，进行能量转换。(2)开路(断路)：电路中没有电流通过，又称为空载状态。(3)短路(捷路)：电源两端的导线直接相连接，输出电流过大对电源来说属于严重过载，如没有保护措施，电源或电器会被烧毁或发生火灾，所以通常要在电路或电气设备中安装熔断器、保险丝等保险装置，以避免发生短路时出现不良后果。二、电路模型(电路图)叫 所为 各图1-2手电筒的电路原理图理状由理想元件构成的电路叫做实际电路的电路模型,也做实际电路的电路原理图，简称为电路图。例如，图1-2示的手电筒电路。理想元件:电路是由电特性相当复杂的元器件组成的，了便于使用数学方法对电路进行分析，可将电路实体中的种电器设备和元器
5、件用一些能够表征它们主要电磁特性的想元件(模型)来代替，而对它的实际上的结构、材料、形等非电磁特性不予考虑。表1-1常用理想元件及符号名称符号名称符号电阻OC3O电压表O0O电池O1|O接地上或-电灯-0熔断器开关OO电容OH0电流表O0O电感o_O1.2电流和电压一、电流的基本概念电路中电荷沿着导体的定向运动形成电流，其方向规定为正电荷流动的方向(或负电荷流动的反方向)，其大小等于在单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度(简称电流)，用符号/或，力表示，讨论一般电流时可用符号人设在友一力时间内，通过导体横截面的电荷量为= Q一如则在At时间内的电流强度可用数学公式表示为式中，At为很小
6、的时间间隔，时间的国际单位制为秒(s),电量R1,则a 0,将R称为正温度系数电阻，即电阻值随着温度的升高而增大；如果R2 R1,则a 0时，表明电流的实际方向与所标定的参考方向一致；当/=25 mA, A =16 mA, h =12 A,试求其余电阻中的电流 I、h、It,o解：在节点 a 上：/=4+贝I A =7-4=25-16=9 mA在节点d上：/=4+4，则4= Z -人=25-12=13 mA在节点 b 上：；2=4+75,贝176=72-75=9-13=-4M电流A与4均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，人为负数，表明它的实际方向与图中所标定的参考方向相反。
7、图3-5例题3-1图3-6电压定律的举例说明三、基夫尔霍电压定律(回路电压定律)1 .电压定律(KVL)内容在任何时刻，沿着电路中的任一回路绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零，即Zu=o以图3-6电路说明基夫尔霍电压定律。沿着回路abcdea绕行方向，有Uac Z4b +c 二 RI* E f Uce d + Ude Rill Uea Rl则及+以e +%=0即RI+ E- Rih - E?+/&I3=0上式也可写成RJ R2I2+ R、h=+ Ei对于电阻电路来说，任何时刻，在任一闭合回路中，各段电阻上的电压降代数和等于各电源电动势的代数和，即。ZR】= Ze2 .利用AY= XE列回
8、路电压方程的原则(1)标出各支路电流的参考方向并选择回路绕行方向(既可沿着顺时针方向绕行，也可沿着反时针方向绕行)；(2)电阻元件的端电压为土打，当电流/的参考方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号:反之，选取号：(3)电源电动势为夕当电源电动势的标定方向与回路绕行方向一致时，选取“+”号，反之应选取“-”号。五思考题(作业):课后练习六课后教学效果自评：良好标题：实验一、常用电工工具及其使用、简单电路的连接教学目的与要求：掌握各种仪器仪表的使用、掌握简单电路的连接测量教学重点与难点：教学重点：各种仪器仪表的使用教学难点：简单电路的连接测量教学时数：2教学方法与手段：讲授法、示范演示教学内容与
9、过程:一、实验目的1、认识各种常用电工工具并能使用。2、认识各种常用导线并能进行简单电路的连接二、实验原理一电阻串联电路的特点R、 Ri Ry OCZ)CZICZIO图2-7电阻的串联设总电压为U、电流为I、1.等效电阻：总功率为P。R =R1+ R2+ Rn=支=工5=12.分压关系：曷&R工旦3.功率分配：K R2R R+u图2-10电阻的并联二电阻并联电路的特点设总电流为I、电压为U、总功率为P。1 .等效电导：G = Gl + G2+ Gn 即1111+,R 叫 R?R2 .分流关系：Rill = R2I2=Rnln = RI = U3.功率分配： R1P1= R2P2=RnPn =
10、RP = U2三、实验仪器1、直流稳压电源2、直流毫安表3、直流电压表四、实验步骤在电阻电路中，既有电阻的串联关系又有电阻的并联关系，称为电阻混联。对混联电路的分析和计算大体上可分为以下几个步骤：L2,3.4.首先整理清楚电路中电阻串、并联关系，必要时重新画出串、并联关系明确的电路图;利用串、并联等效电阻公式计算出电路中总的等效电阻；利用已知条件进行计算，确定电路的总电压与总电流；根据电阻分压关系和分流关系，逐步推算出各支路的电流或电压。五、实验报告要求：根据所测数据分析结论，并与计算出的理论数据对比。五思考题（作业）：实验报告六课后教学效果自评：良好标题：电压源和电流源及其等效变换教学目的与
11、要求:1、掌握实际电源的两种模型的特性及其等效变换。2、掌握电压源和电流源的电压与电流关系：理解等效变换的概念。教学重点与难点：1、教学重点：掌握两种实际电源模型之间的等效变换方法并应用于解决复杂电路问题。2、教学难点：两种实际电源模型之间的等效变换原理。教学时数：2教学方法与手段：讲授法、PPT教学内容与过程:教学内容方法与手段时间分配第一课时一、电压源通常所说的电压源一般是指理想电压源，其基本特性是其电动势(或两端电压)保持固定不变 E或是一定的时间函数e(r),但电压源输出的电流却与外电路有关。实际电压源是含有一定内阻ro的电压源。e-图3T8电压源模型二、电流源通常所说的电流源一般是指
12、理想电流源，其基本特性是所发出的电流固定不变(，)或是一定的时间函数A(t), 外电路有关。实际电流源是图3-19电流源模型但电流源的两端电压却与含有一定内阻的电流源。三、两种实际电源模型之间的等效变换实际电源可用一个理想电压源E和一个电阻力串联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流/之间关系为U = E-r0I实际电源也可用一个理想电流源/s和一个电阻rs并联的电路模型表示，其输出电压U与输出电流/之间关系为U = rsIs-rsI对外电路来说，实际电压源和实际电流源是相互等效的，等效变换条件是r0= rs , E = rsIs 或Zs= E/r0图3-18例题3-6例：如图3-18所示的电
13、路，已知电源电动势E =6V,内阻=0.2C,当接上R =5.8C负载时，分别用电压源模型和电流源模型计算负载消耗的功率和内阻消耗的功率。内阻的功率P产/ = 0.2 W解：(1)用电压源模型计算:=1A,负载消耗的功率&=/?=5.8 W,%+ R(2)用电流源模型计算：电流源的电流入=30 A,内阻八=_n)=0.2C负载中的电流/=一人=1人，负载消耗的功率 A=/?=5.8W,s + RR内阻中的电流。=一一/s=29A,内阻的功率只=/；7b =168.2 Wrs + R两种计算方法对负载是等效的，对电源内部是不等效的。第二课时例：如图3T9所示的电路，已知：5=12 V, Ez=6
14、 V,用=3。，尼=6C,用=10。，试应用电源等效变换法求电阻尼中的电流。图3-19例题3-7图3-20例题3-7的两个电压源等效成两个电流源解：（1）先将两个电压源等效变换成两个电流源， 如图3-20所示，两个电流源的电流分别为/si = E1/R1 = 4 A, /S2 = E2/R2 = 1 A（2）将两个电流源合并为一个电流源，得到最简等效 电路，如图3-21所示。等效电流源的电流(e)图3-21例题3-7的最简等效电路Is = Ai -人2 = 3 A 其等效内阻为R - R/ Ri = 2 Q（3）求出用中的电流为支路电流法以各支路电流为未知量，应用基尔霍夫定律列出节点电流方程和
15、回路电压方程，解出各支路电流，从而可确定各支路（或各元件）的电压及功率，这种解决电路问题的方法叫做支路电流法。对于具有b条支路、n个节点的电路，可列出（n - 1）个独立的电流方程和b - （n - 1）个独立的 电压方程。例： 如图 3-7 所示电路，已知 E1 = 42 V, E2 = 21 V, R1 = 12 Q, R2 = 3 C, R3 = 6 Q,试求：各支路电流II、12、13 .解：该电路支路数b = 3、节点数n2,所以应列出1个节点电流方程和2个回路电压方程，并按照ERI = ZE列回路电压方程的方法:II = 12 + 13Rill + R2I2 = El + E2R3
16、I3 -R2I2 = -E2代入已知数据，解得：II4 A, 12（任一节点）（网孔（网孔2） *5 A, 13 =与丰电流II与12均为正数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相同，13为负数，表明它们的实际方向与图中所标定的参考方向相反五思考题（作业）：课后练习六课后教学效果自评：良好标题：实验：基尔霍夫定律的验证、注加原理的验证教学时数：2教学方法与手段：讲授法、打比方法、PPT教学目的与要求：验证基尔霍夫的电流定律及电压定律。学习使用电流表及电压表。教学重点与难点：1 .教学重点：掌握基尔霍夫定律的应用。2 .教学难点：运用叠加原理解决复杂直流电路问题。教学内容与过程：按实训指导
17、书进行五思考题（作业）：实验报告六课后教学效果自评：良好标题：二端网络、戴维宁定理教学时数：2教学方法与手段：讲授法、打比方法、PPT 教学目的与要求：掌握应用戴维宁定理分析和计算两个网孔的电路教学重点与难点：1 .教学重点：掌握戴维宁定理及其应用。2 .教学难点：运用戴维宁定理解决复杂直流电路问题。教学内容与过程：教学内容方法与手段时间分配第一课时一、二端网络的有关概念1 .二端网络：具有两个引出端与外电路相联的网络。又叫做一端口网络。2 .无源二端网络：内部不含有电源的二端网络。3 .有源二端网络：内部含有电源的二端网络。二、戴维宁定理任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路来说，总可以用一
18、个电压源及与一个电阻气相串联的模型来替代。电压源的电动势笈等于该二端网络的开路电压，电阻打等于该二端网络中所有电源不作用时（即令电压源短路、电流源开路）的等效电阻（叫做该二端网络的等效内阻）。该定理又叫做等效电压源定理。例：如图3-10所示电路，已知笈=7 V,员=6.2 V,用=是=0.2 Q,/?=3.2 Q,试应用戴维宁定理求电阻中的电流Z.(b)图3-10例题3-4图3T1求开路电压山,解：（1）将所在支路开路去掉，如图3T1所示，求开路电压公：/=-&=2 A ,以二四+凡/1=6.2+0.4=6.6 V =及1 凡+/?204(2)将电压源短路去掉，如图3T2所示，求等效电阻心:
19、oa& ob(e)图3-12求等效电阻他图3-13求电阻中的电流/偏=尼%=0.1 Q = Zb(3)画出戴维宁等效电路，如图3T3所示，求电阻?中的电流/：R- 3 Q,尼二 5 C,尼二尼二4第二课时，尼=0. 125例：如图3-14所示的电路，已知2=8 V, C,试应用戴维宁定理求电阻尼中的电流/。图3-14例题3-5图3T5求开路电压Ue图3-16求等效电阻心解：(1)将居所在支路开路去掉，如图3T5所示，求开路电压如： pF/=/2=1 A ,/3=/4=1 A234/+&44b = R2I2-RIa =5-4=lV = i5(2)将电压源短路去掉，如图3-16所示，求等效电阻几，
20、：图3T7求电阻中的电流/几=(K必)+(后兄)=1.875+2=3.875 Q =7根据戴维宁定理画出等效电路，如图3T7所示，求电阻足中的电流/,=-=0.25 A为+凡4五思考题（作业）:课后练习六课后教学效果自评：良好标题：实训：戴维南定理的验证、简单故障检测教学时数：2教学方法与手段：讲授法、打比方法、PPT教学目的与要求：1、用实验方法来验证戴维宁定律2、验证输出功率获得最大的条件教学重点与难点：教学重点：戴维宁定律的掌握教学难点：故障检测教学内容与过程：按照实训指导书要求进行五思考题（作业）：实训报告六课后教学效果自评：良好标题：正弦交流电的基本概念教学时数：2教学方法与手段：讲
21、授法、PPT 教学目的与要求：了解正弦交流电路的各个要素。教学重点与难点：1 .教学重点：了解正弦交流电的产生。掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。掌握正弦交流电流、电压的表示法(解析式、波形图、相量图等)。2 .教学难点：理解相位差的概念。掌握正弦量的相量图教学内容与过程：教学内容方法与手段时间分配第一课时一、交流电的产生如果电流的大小及方向都随时间做周期性变化，则称之为交流电。二、正弦交流电大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势，在某一时刻t的瞬时值可用三角函数式(解析式)
22、来表示，即i (t)=11nsin (cot + q)io)u(t)= U.sin(cot +(puo) e(t)= EmSin(ot +(peo)式中，L、U.、E.分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做峰值或最大值)，电流的单位为安培(A),电压和电动势的单位为伏特(V)；3叫做交流电的角频率，单位为弧度/秒(rad/s),它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度；0。、中面、5。分别叫做电流、电压、电动势的初相位或初相，单位为弧度rad或度(。)，它表示初始时刻(t =0时)正弦交流电所处的电角度。振幅、角频率、初相这三个参数叫做正弦交流电的三要素。任何正弦量都具备三要素。三、交流发电
23、机简介发电机的基本组成部分是磁极和线圈(线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢)。电枢转动、而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。磁极转动、而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露着的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高,就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。这种发电机提供的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千伏到几十千伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。所以，大型发电机都是旋转磁极式的。发电机的转子是
24、由蒸汽机、水轮机或其他动力机带动的。动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能传送给外电路。第二节表征交流电的物理量.一、周期与频率1 .周期正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期，用字母T表示，单位为秒（s）。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值（或相邻的两个最小值）之间的时间间隔即为周期，由三角函数知识可知2 .频率交流电周期的倒数叫做频率（用符号f表示），即它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即表征交流电交替变化的速率（快慢）。频率的国际单位制是赫兹（Hz）。角频率与频率之间的关系为（0=2nf二、有效值在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而
25、规定一个能够表征其大小的特定值一一有效值，其依据是交流电流和直流电流通过电阻时，电阻都要消耗电能（热效应）。设正弦交流电流i（t）在一个周期T时间内，使一电阻R消耗的电能为Qr,另有一相应的直流电流I在时间T内也使该电阻R消耗相同的电能，即= I2RT.就平均对电阻作功的能力来说，这两个电流（i与I）是等效的，则该直流电流I的数值可以表示交流电流i（t）的大小，于是把这一特定的数值I称为交流电流的有效值。理论与实验均可证明，正弦交流电流i的有效值I等于其振幅（最大值）1的0.707倍，即/=的=0.707八V2正弦交流电压的有效值为U =-r = Q.707Um V2正弦交流电动势的有效值为E
26、E =-=0.101 Em1.414 A,如果交流例如正弦交流电流i =2sin(o)t -30) A的有效值I =2 x 0.707电流i通过R =10。的电阻时，在一秒时间内电阻消耗的电能（又叫做平均功率）为P=-R =20 W,即与I =1.414 A的直流电流通过该电阻时产生相同的电功率。我国工业和民用交流电源电压的有效值为220 V、频率为50Hz,因而通常将这一交流电压简称为工频电压。因为正弦交流电的有效值与最大值（振幅值）之间有确定的比例系数，所以有效值、频率、初相这三个参数也可以合在一起叫做正弦交流电的三要素。三、相位和相位差任意一个正弦量y = Asin (cot +(p)的
27、相位为(3t +(p0),本章只涉及两个同频率正弦量的相位差(与时间t无关)。设第一个正弦量的初相为5”第二个正弦量的初相为5”则这两个正弦量的相位差为(pl2-(pOl (02并规定闻2归180或|l2|0时，称第一个正弦量比第二个正弦量的相位越前(或超前)2；(2)当p“0时，称第一个正弦量比第二个正弦量的相位滞后(或落后)|p-；(3)当e2=0时，称第一个正弦量与第二个正弦量同相，如图77(a)所示；(4)当02=土兀或180。时，称第一个正弦量与第二个正弦量反相，如图7-1(b)所示;(5)当2=或90时，称第一个正弦量与第二个正弦量正交。例如已知 u =311sin(314t -3
28、0) V, I =5sin(314t +60) A,则 u 与 i 的相位差为(pui =(-30)-(+60)=-90,即 u 比 i 滞后90,或 i 比 u 超前90图7-1相位差的同相与反相的波形第二课时第三节交流电的表示法一、解析式表示法i (t)= Imsin(o t +(pi0)u(t)= Ums in (co t +(pu0)e (t)= Emsin(o)t +(pe0)例如已知某正弦交流电流的最大值是2 A,频率为100 Hz,设初相位为60。，则该电流的瞬时表达式为i(t)= Imsin(ot +pi0)=2sin(2nf t +60)=2sin(628t +60) A二、
29、波形图表示法图7-2给出了不同初相角的正弦交流电的波形图。图7-2正弦交流电的波形图举例三、相量图表示法正弦量可以用振幅相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。1 .振幅相量表示法振幅相量表示法是用正弦量的振幅值做为相量的模（大小）、用初相角做为相量的幅角，例如有三个正弦量为e =60sin （o t +600） Vu =30sin（o t 4-30） Vi =5sin（co t -300） A则它们的振幅相量图如图7-3所示。图7-3正弦量的振幅相量图举例图7-4正弦量的有效值相量图举例2 .有效值相量表示法有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模（长度大小）、仍用初相角做为相量的幅角，例如u =220/2 sin（ft+53） V,i =0.4172 sin（加）A则它们的有效值相量图如图7-4所示。五思考题（作业）：课后练习六课后教学效果自评：良好标题：正弦交流电路的分析计算教学时数：2教学方法与手段：讲授法、打比方法、PPT 教学目的与要求：熟练掌