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电工学单一元件交流电路课件


焦作市技师学院第一届课件大赛参赛作品

单一元件的交流电路

电阻电路

无功功率

教学内容
电感电路

一、组织教学
1、师生问好,清点人数

2、 强调教 学 重 点 难 点

3 、准备教具挂图视频设备

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二、知识回顾
描述交流电的物理量
矩形线圈在磁场中旋转导体切割磁感线产生感应电 动势和感应电流。 提问: A、 交流电的三要素是?就可以画出波形图啦。 B、什么是相位、相位差、周期、频率? C、有效值和最大值关系?

三、导入新课
设悬置疑

? (1)关电视机时屏幕为何会猛的闪亮一下呢?

(2)收音机里红红绿绿的管件大家想认识吗? (3)交流电流过电阻、电感、电容受到的阻碍作 用各有何特点呢?电压和电流相位关系如何呢?大 家没听说过无功功率吧?

任务驱动

同学们带着以下任务边思考边看视频资料。 1、电容器充放电过程中,电容器两端电压变化特
征,同时电流如何变化? 2、理解电容器通交隔直通高频阻低频、电感器通 低频阻高频的特点。 3、掌握交流电流过电阻、电感、电容时,电压电 流相位关系,掌握感抗容抗的计算。 4、掌握有功功率、无功功率的计算。

能力培养

1、由现象看本质。训练学生归纳综合能力 2、提高自学能力、分析理解能力和辩证思维能力。 通过让学生观看动画、图片、自学、讨论等方式激 发学生学习兴趣和积极性,提高自信心和成就感,让 学生逐步从疲于学习变为乐于学习。

四、讲解新课
一、 电阻元件的交流电路
白炽灯、电炉、电热水器、电烙铁等都是纯电阻电路

(一)电压电流关系 1、电压和电流频率相同,相位相同。 2、数量关系符合欧姆定律:

i
设图中电流为:i 根据欧姆定律:

? I m sin ?t



u
_

R

u ? iR ? RI m sin ?t ? U m sin ?t
u
i


i i

u

u
_

C

O

π



ωt

p

p

? I

? U
O

P
ωt

电压和电流瞬时值的乘积就是瞬时功率:

Um Im ?1 ? cos?t ? ? UI ?1 ? cos?t ? p ? ui ? U m I m sin ?t ? 2
2

p≥0,总为正值,所以电阻元件消耗电能,转换为热能

平均功率是一个周期内瞬时功率的平均值:又叫做有功功率
用字母P表示

P=UI

单位:瓦特

二、电感元件的交流电路
回忆以前学过的自感现象,电感器接入交流电路中有何作用呢?看视频

i + – eL + L

? (一)电压电流关系
电压和电流频率相同,电压比电流相位超前90
电感对交流电的阻碍作用叫感抗: XL与频率成正比、与电感量L成正比 感抗的公式为: XL=2πf L=ωL 单位:欧姆

u ° –

实物图

想一想
你是如何理解感抗 的?看实验后它与 那些因素有关?

U I ? XL
欧姆定 律

纯电感上电压、电流、功率的波形图
i

i –_ eL eL + +
+

i

+ + u _
u

u L

L

O

π



ωt



i
_
+

i
_
+

i
+

i
_

_

? U

储能

放能

储能 +

放能 ωt

p
? I

p
+ -

O

(1)瞬时功率 p:等于电压瞬时值与电流瞬时值的乘积。

i ? I m sin ? t uL ? U Lm cos? t

p ? u L ? i ? U Lm cos?t ? I m sin ?t ? U L I sin 2?t
电感元件上只有 能量交换而不耗 能,为储能元件

i
ωt
u i 同向, 吸收电能; u i 反向, 储存磁能; 送出能量; 释放磁能; p >0 p<0 u i 同向, 吸收电能; u i 反向, 储存磁能; 送出能量; p >0 释放磁能; p<0

u

在一个周期内,L吸收的 电能等于它释放的磁场能 。

请学生讲讲!

为了衡量电源与元件之间能量交换的规模,引入无功功率的概念。 所谓无功功率,就是吸收电能转换成磁场能的那部分功率。

(3) 无功功率QL : (单位 为乏、Var)

U2 2 QL ? U L I ? I X L ? XL
1. 电源电压不变,当电路的频率变化时, 通过电感元件的电流发生变化吗? f 变化时XL随之变化,导致电流i 变化 2. 能从字面上把无功功率理解为无用之功吗?

无功功率 QL反映了电感元件与电源之间能量交换的规模。

问题与讨论

纯电容元件的正弦交流电路
实验结果表明: 在纯电容电路中,电压与电流 不同相,电压滞后电流90度。
纯电容电路电压电流波形图 u,i
u Um sin I m sin 0 +90°

A i ~ u V C

在纯电感电路中电压和电流成正比:

UC ? X C I
这是纯电容电路的欧姆定律表达式,其中 比例系数 称为容抗,对比电阻元件的欧姆定 律表达式,可以看出 相当于电阻R,表示电 容对交流电的阻碍作用,单位是 欧姆 。
想一想 ? 容抗产生的原因:容抗是由于积聚在电容器两极板上的电荷,对在电源电 压作用下做定向移动的自由电荷产生阻碍作用而形成的。这就好像已在公共汽 车上的人群,对继续上车的人有阻碍作用的情况相似。

实验说明,容抗 的大小与电容器的电容C和交流电的频率f有关。 这是因为,频率一定时,电容越大,在相同电压下容纳的电荷越多, 充放电电流就越大,容抗就越小。当外加电压和电容一定时,交流电 频率越高充放电的速度就越快,电路中电流也就越大,容抗就越小。 电容器的容抗 的大小计算公式为

1 1 XC ? ? ?C 2πfC
式中, 为交流电的角频率,单位是rad/s; C——电容器的电容,单位是F; f——交流电频率,单位是Hz。

?

当电容器的电容C一定时,对低频率交流电,由于f值小,容抗 就大;而对高 频率交流电,由于f值很大,容抗 很小。所以,电容器在电路中具有: “通交流,隔直流”和“通高频,阻低频”的特性, 在电工和电子技术中也具有广泛应用。

输入

~

~

输出 输入

~

~

输出

高频旁路电容器

隔直流

电容元件的无功功率为:

Q ? ?UI ? ? I X C
2
式中符号针对电感电路而言。

课堂练习:

某交流电频率50赫兹初相位30度,最大值311伏特,分别接上电阻10 欧姆、 2亨利电感器、100微法电容器,求各元件电流解析式、电功率。

课堂小结
重点内容回顾:

(1)电阻电感电容的电压电流相位数量关系特点. (2) 感抗、容抗计算。 (3)有功功率无功功率的计算。

布置作业


加油!

(1)书面作业 a、给出一相电流的瞬时值表达式,写出感 抗容抗计算式。 b、分别写出纯电阻电感电容功率计算式 (2)课后作业:习题册4-2

五、教学评价
由学生对本次课老师的作为满意度 进行评价,并对学生掌握知识情况评价。 是否达成目标完成各自的任务。

谢谢啊!
电气系付胜利编写
2012年11月


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