第五章正弦交流电路.doc

第五章　正弦交流电路 高考要点： 仪器仪表的使用与操作：会使用交流电压表、交流电流表、功率表； 会根据实际场合选择仪器仪表的类型、量程。 典型电路的连接与应用：会连接单一参数正弦交流电路及RL、RC、RLC串联电路，并能进行相关计算； 会测量串联谐振电路的谐振频率和单相交流电路的功率因数； 会选择元器件连接电路以提高功率因数。 【教学目的】：1．了解正弦交流电的产生。 2．掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。 3．掌握正弦交流电的三种表示方法。 4．掌握正弦交流电路串联与并联的分析计算。 【教学重点】： 1．了解正弦交流电的产生。 2．掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。 3．理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。 4．掌握正弦交流电流、电压的表示法(解析式、波形图、相量图等) 5．掌握电阻、电感、电容元件的交流特性。 6．掌握R-L-C串联电路与并联电路的分析计算方法，理解阻抗与阻抗角的物理意义。 7．了解R-L-C串联谐振电路与并联谐振电路的特性。 8．理解交流电路中有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数的概念。 9．掌握提高交流电路功率因数的方法。 【教学难点】： 1．理解相位差的概念。 2．掌握正弦量的相量图。 3．熟练掌握分析计算交流电路电压、电流、阻抗、阻抗角、功率等方法。 4．理解谐振电路选频特性的原理。 【教学方法】： 任务教学法 一.交流电的基本概念（ P114） 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。由发电机利用电磁感应原理产生。 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)来表示，即 i(t) = Imsin((t ( (i0) u(t) = Umsin((t ( (u0) e(t) = Emsin((t ( (e0) 式中，Im、Um、Em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)；( 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；(i0、(u0、(e0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。 四：交流电的三要素--------------振幅值、角频率、初相位 1．振幅值 （1）最大值----指交流电在一个周期内瞬时值的最大值 交流电流 Im 交流电压 Um 交流电动势 Em （2）有效值 在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而规定一个能够表征其大小的特定值——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QR = 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，正弦交流电流的有效值I等于其振幅(最大值)Im的0.707倍，即 正弦交流电压的有效值为 正弦交流电动势的有效值为 例：如正弦交流电流 i = 2sin((t ( 30() A的有效值I = 2 ( 0.707 = 1.414 A，如果交流电流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 = I2R = 20 W，即与