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文檔簡介
PAGEPAGE40退伍士兵汽修專業(yè)電工電子第一學(xué)期教案《汽車電工電子技術(shù)》教學(xué)大綱一、課程性質(zhì)與作用《汽車電工電子技術(shù)》是汽車類專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,作為一門考試課,一般開設(shè)在大一的第2學(xué)期。課程總學(xué)時(shí)為70~72學(xué)時(shí),其中理論62學(xué)時(shí),實(shí)踐8±2學(xué)時(shí)(根據(jù)學(xué)校的實(shí)際設(shè)備和課時(shí)要求去安排理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí))。它的前導(dǎo)課程是《高等數(shù)學(xué)》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》,它的后續(xù)專業(yè)課程是《汽車電氣設(shè)備與維修》、《汽車電子控制技術(shù)》、《汽車電路分析》。通過對《汽車電工電子技術(shù)》課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握必需的直流電路、正弦交流電路的理論知識和運(yùn)算基礎(chǔ),掌握磁路和電磁理論的知識,熟悉并掌握汽車常用儀器儀表的使用,能掌握基本半導(dǎo)體元件的特點(diǎn),了解三極管放大電路、開關(guān)電路的特點(diǎn)及在汽車上的應(yīng)用,了解邏輯代數(shù)和運(yùn)算,掌握數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識等。通過課程教學(xué),要讓學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生的電路分析和計(jì)算能力、實(shí)踐能力,為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下必要的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。該課程教學(xué)質(zhì)量與效果對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)風(fēng)有著至關(guān)重要的作用和影響。二、教學(xué)內(nèi)容組織安排(建議學(xué)時(shí)分配)學(xué)習(xí)單元教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)單元一直流電路課題一電路及基本物理量課題二電路的工作狀態(tài)及電器設(shè)備的額定值212課題三常用的電路元件2課題四基爾霍夫定律2分組實(shí)驗(yàn)基爾霍夫定律的驗(yàn)證2課題五惠斯通電橋電路2課題六特殊電阻在汽車上的應(yīng)用2單元二正弦交流電路課題一交流電的基本概念214課題二正弦交流電的表示2課題三單一參數(shù)的正弦交流電路的計(jì)算2課題四RLC串聯(lián)電路的諧振2課題五三相電路交流電源2課題六三相負(fù)載的連接2分組實(shí)驗(yàn)三相電路中電壓和電流的測量2單元三磁路及電磁器件課題一磁場與電磁感應(yīng)課題二鐵磁材料的磁性能課題三磁路及磁路歐姆定律28課題四變壓器2課題五幾種特殊的變壓器課題六電磁鐵及繼電器2實(shí)驗(yàn)繼電器的檢測2單元四電動機(jī)課題一直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性26課題二直流電動機(jī)的起動、制動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速2課題三步進(jìn)電動機(jī)2單元五汽車常用儀器儀表的使用實(shí)驗(yàn)課題一和二:汽車用數(shù)字萬用表的使用、兆歐表的使用24課題三汽車專用示波器的使用2單元六模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課題一半導(dǎo)體知識218課題二晶體二極管及應(yīng)用2課題三整流及濾波電路2課題四硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2課題五晶體三極管及應(yīng)用4課題六特殊晶體管的應(yīng)用課題七場效應(yīng)和及應(yīng)用2課題八集成運(yùn)算放大器2課題九常用電壓比較器在汽車電路中的應(yīng)用2單元七數(shù)字電路基礎(chǔ)課題一數(shù)字電路的基本知識課題二邏輯代數(shù)及運(yùn)算規(guī)則28課題三基本邏輯門電路2課題四集成邏輯門電路2課題五觸發(fā)器2合計(jì)70二、課程目標(biāo)1.知識目標(biāo)(1)了解直流電路的組成,認(rèn)識電路的幾種工作狀態(tài)及特點(diǎn),熟悉電路基本元件的特點(diǎn),掌握電路元件的檢測。掌握基爾霍夫定律的內(nèi)容和使用方法,達(dá)到能用基爾霍夫定律進(jìn)行復(fù)雜電路(兩個(gè)節(jié)點(diǎn)、2個(gè)網(wǎng)孔、3條支路)的計(jì)算。了解惠斯通電橋電路的平衡條件及測量電阻和溫度的方法。了解幾種特殊電阻的特點(diǎn)及其在汽車上的應(yīng)用。(2)認(rèn)識正弦交流電的基本概念,了解正弦交流電的表示方法,掌握單相交流電路的計(jì)算。了解RLC串聯(lián)電路的串聯(lián)諧振條件及諧振特征。了解三相四線制供電的特點(diǎn),熟悉三相交流電源、三相負(fù)載的星形和三角形連接,掌握三相交流電路的簡單計(jì)算。(3)了解磁場及磁路的知識,掌握變壓器的變壓、變流原理、阻抗變換原理及其應(yīng)用。了解幾種特殊變壓器的特點(diǎn)及使用。掌握直流電磁鐵及繼電器的特點(diǎn)及在汽車上應(yīng)用。(4)熟悉直流電動機(jī)的構(gòu)造、工作原理、工作特性。知道如何進(jìn)行直流電動機(jī)的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速。了解反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。(5)了解并掌握兆歐表、汽車專用數(shù)字表、汽車專用示波器的使用。(6)了解半導(dǎo)體的基本知識,掌握二極管、三極管的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用、檢測方法。掌握特殊二極管的結(jié)構(gòu)和原理及在汽車上的應(yīng)用。了解整流、濾波電路的原理,掌握三極管放大電路的特點(diǎn)及應(yīng)用,了解三極管的開關(guān)作用及開關(guān)電路在汽車上的應(yīng)用。了解集成運(yùn)算放大器的作用、基本組成、電路特點(diǎn)。了解電壓比較器的特點(diǎn)及應(yīng)用。(7)了解數(shù)字電路的基本概念,熟悉邏輯代數(shù)和普通代數(shù)的區(qū)別,熟悉邏輯運(yùn)算法則,掌握基本門電路的結(jié)構(gòu)、功能及在汽車上的應(yīng)用。了解TTL與非門電路、CMOS門電路的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。2.技能目標(biāo)學(xué)生學(xué)習(xí)完本課程后,應(yīng)當(dāng)具有以下能力:(1)能通過識讀電路圖,分析并解釋直流電路、正弦交流電路;能進(jìn)行直流電路、復(fù)雜直流電路、單相交流電路、三相交流電路等電路的計(jì)算。(2)能診斷電阻類、電感類、電容類部件的性能,能夠正確識別電路基本元件的型號。(3)能分析、掌握直流電動機(jī)的工作原理,能夠正確完成直流電動機(jī)的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速過程。(4)能夠進(jìn)行變壓器的計(jì)算,熟悉幾種特殊變壓器的使用。(5)能夠熟練的使用兆歐表、萬用表、示波器,能正確使用這些儀器進(jìn)行汽車電路和電器設(shè)備的檢測。(6)能夠?qū)ΧO管進(jìn)行好壞的判別、極性的判別。會繪制硅穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路,能分析其穩(wěn)壓過程。(7)學(xué)會分析集成運(yùn)算放大器,熟悉集成運(yùn)放在汽車上的具體應(yīng)用。(8)能夠正確區(qū)分三極管的幾種狀態(tài),會分析三極管的放大電路和開關(guān)電路(9)能使用電工電子手冊、半導(dǎo)體手冊等工具書,查找電氣元件的參數(shù),正確選擇并更換電氣元件。3.情感目標(biāo)(1)具有自主學(xué)習(xí)能力,具有效獲取所需信息和制定和安排計(jì)劃并有效實(shí)施工作任務(wù)的能力。(2)學(xué)會總結(jié)和評價(jià),達(dá)到舉一反三,建構(gòu)自己學(xué)習(xí)策略和方法的能力。(3)形成安全用電意識,嚴(yán)格執(zhí)行安全用電操作規(guī)范的能力。(4)在解決實(shí)際電路等問題的過程中,善于科學(xué)思維,從戰(zhàn)勝困難、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、完善成果中體驗(yàn)喜悅。(5)具有團(tuán)結(jié)協(xié)作、踏實(shí)、誠實(shí)、苦干的素質(zhì)。四、教材及參考書推薦使用教材:《汽車電工電子技術(shù)》陳昌建主編大連理工大學(xué)出版社2009.10推薦參考書目:①《汽車電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》馮淵主編機(jī)械工業(yè)出版社2002②《汽車電工電子基礎(chǔ)》劉皓宇主編高等教育出版社2005五、教學(xué)方法建議本課程宜采用的教學(xué)方法有:講授法、示范教學(xué)法、四步教學(xué)法、小組討論法等。單元一直流電路(共12學(xué)時(shí))課題一電路及基本物理量一、電路的組成電路就是電流所通過的路徑。它有兩個(gè)方面的作用:一是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配;二是實(shí)現(xiàn)電信號的處理與傳遞。電路也稱為電網(wǎng)絡(luò)。電路都由三個(gè)基本部分組成:電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)。1.電源電源是將非電能轉(zhuǎn)換成電能、并向外提供電能的裝置。例如汽車上有兩個(gè)電源:蓄電池、硅整流發(fā)電機(jī)。2.負(fù)載用電設(shè)備是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的裝置,也稱為負(fù)載。3.中間環(huán)節(jié)主要是指把電源和負(fù)載聯(lián)接起來的部分,構(gòu)成電流通路,起著傳遞和控制電能的作用。二、電路模型1.電原理圖用規(guī)定的圖形符號表示實(shí)際電路中的各器件聯(lián)結(jié)關(guān)系的原理圖稱為電原理圖。2.理想電路元件及電路模型用理想電路元件及其組合來代替實(shí)際電路元件構(gòu)成的電路稱為電路模型。【想一想】你所知道的汽車電路圖中常用到的圖形符號有哪些?(可查閱“汽車電器設(shè)備”書籍)三、電路中的幾個(gè)基本物理量1.電流電流指帶電粒子在電路中的定向移動。電流可分為兩類:恒定電流、變動電流。其中隨時(shí)間按正弦函數(shù)變化的(一個(gè)周期內(nèi)電流的平均值為零)的變動電流則稱為正弦交變電流,簡稱交流,簡寫作AC。對于直流電流,對于交流電流,(1)電流的正方向規(guī)定正電荷定向運(yùn)動的方向?yàn)殡娐分须娏鞯恼较?。?)電流的參考方向?qū)τ趶?fù)雜電路,當(dāng)某支路的電流實(shí)際方向難以判斷時(shí),可假定其電流的參考方向。當(dāng)電流為正值時(shí),說明實(shí)際電流方向與選取的參考方向相同;當(dāng)電流為負(fù)值時(shí),說明實(shí)際電流方向與選取的參考方向相反。2.電壓電場力把單位正電荷從a點(diǎn)移到b點(diǎn)所做的功稱為a、b兩點(diǎn)之間的電壓(a、b是電場中的任意兩點(diǎn)),記為Uab。電壓它總是和電路中的兩個(gè)點(diǎn)有關(guān)?!鞠胍幌搿寇囉眯铍姵氐恼?fù)極樁之間的電壓是多少?每個(gè)單格電池電壓是多少?【課堂互動】什么電壓正方向?在事先難以判斷元件兩端電壓或電路中兩點(diǎn)間電壓的真實(shí)極性時(shí)怎么辦?(1)電壓的正方向。電壓的正方向由高電位(“+”極性)指向低電位(“-”極性),即表示電位降落的方向。(2)電壓的參考方向。在分析復(fù)雜電路時(shí),往往事先難以判斷元件兩端電壓的真實(shí)極性,這時(shí),可以任意選取電壓的參考方向,并以此計(jì)算。3.電位(1)定義在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn)0,該電路中某一點(diǎn)a到參考點(diǎn)0的電壓就稱為a點(diǎn)的電位。(2)參考點(diǎn)(也叫零電位點(diǎn))V0=0V。Va=Ua0=Va—V0某點(diǎn)a的電位數(shù)值上就等于點(diǎn)a與零電位點(diǎn)之間的電壓。(3)電位是相對值電路中某點(diǎn)的電位是相對于參考點(diǎn)的選擇而改變的。【討論】電位和電壓有什么異同點(diǎn)?4.電動勢電動勢只存在于電源內(nèi)部,它表示電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的能力,用E表示,單位是伏特。電動勢的正方向:由電源的負(fù)極→電源正極,即從低電位點(diǎn)→高電位點(diǎn)。【討論】電源的端電壓和電動勢的關(guān)系?5.電能和電功率(1)電功W=UIt(J)電阻元件在t秒內(nèi)所消耗(或吸收)的電能為(J)(2)電功率P,單位瓦特(W)。1kW·h=1000W×3600s=3.6×106J※舉例,如【例題1-1】【想一想】例1-1中,若讓a點(diǎn)接地,那么圖中a、b、c各點(diǎn)的電位如何?Ubd間的電壓值變不變?電阻R1消耗的電功率如何?【例1-2】課題二電路的工作狀態(tài)及電氣設(shè)備額定值一、電路的三種工作狀態(tài)1.負(fù)載狀態(tài)負(fù)載狀態(tài)即電源的帶載狀態(tài),或稱作一般的有載工作狀態(tài)。此時(shí)電路特征:(1)電路中的電流(2)電源的端電壓U1=E—IR0U1總是小于電源的電動勢。若忽略線路上的壓降,則負(fù)載的端電壓與電源的端電壓相等,U2=U1。(3)電源的輸出功率若不計(jì)線路損失,則有P1=U1I=U2I=P2,即電源的輸出功率等于負(fù)載的消耗功率?!菊n堂互動】當(dāng)電源E和內(nèi)阻R0一定時(shí),負(fù)載電阻R為多少時(shí),電源的輸出功率(負(fù)載的消耗功率)最大?2.短路狀態(tài)由于電源線絕緣損壞或操作不當(dāng)?shù)纫痣娫吹膬奢敵龆讼嘟佑|,造成電源被直接短路的情況,是電路的一種極端運(yùn)行狀態(tài)。(1)電源中的電流IS最大,但對外輸出電流I為零(最?。?。IS=E/R0,(2)電源和負(fù)載的端電壓均為零,即U1=E—ISR0=0,U2=0。表明電源的電動勢全部降落在電源的內(nèi)阻上,因而無輸出電壓。(3)電源的輸出功率P1=U1I=0,負(fù)載所消耗的功率P2=U2I=0。3.空載狀態(tài)空載狀態(tài)又稱為斷路或開路狀態(tài)。(1)電路中的電流為零,即I=0。(2)電源的端電壓(又稱為開路電壓或空載電壓)等于電源的電動勢,用U0表示,即U1=U0=E—IR0=E。(3)因?yàn)榭蛰d時(shí)電源對外不輸出電流,故電源的輸出功率(P1=U1I)和負(fù)載所消耗的功率(P2=U2I)均為零?!鞠胍幌搿恳陨线@三種狀態(tài),哪種應(yīng)是電路的正常工作狀態(tài)?二、電氣設(shè)備的額定值各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個(gè)額定值,該值是為了使電氣設(shè)備能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常允許值,分別用UN、IN、PN來表示。本課小結(jié):(1)電路及組成;電壓和電位的區(qū)別;電壓、電流、電動勢的正方向。(2)電路通常有三種工作狀態(tài):負(fù)載狀態(tài)、短路狀態(tài)、空載狀態(tài)。各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率都有一個(gè)額定值,電氣設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí),應(yīng)嚴(yán)格遵守各有關(guān)額定值的規(guī)定。作業(yè):同步訓(xùn)練1-1~1-6題。課題三常用的電路元件復(fù)習(xí):1、簡述電流及電壓參考方向的含義2、電壓與電位有何區(qū)別?你知道電路中有哪些電路元件呢?理想電路元件(簡稱元件)是組成電路的基本單元,了解電路基本元件的基本性質(zhì)對分析電路有著重要的意義,這里主要討論電阻、電感、電容等基本元件。一、電阻元件(一)電阻及分類1.電阻的定義物體對電流通過時(shí)的阻礙作用稱為“電阻”。2.電阻R與什么有關(guān)電阻定律表達(dá)式為:R=ρL/S。3.電阻的分類(二)認(rèn)識固定電阻1.固定電阻的命名方法如:RJ73中,R——第一部分主稱,電阻器;J——第二部分表示材料,金屬膜;7——第三部分表示類別,精密電阻;3——表示設(shè)計(jì)序號。2.電阻值的標(biāo)識(1)直標(biāo)法也有采用習(xí)慣標(biāo)記法的,例如:5M6Ⅱ,表示電阻值為5.6MΩ,Ⅱ——表示允許誤差為(2)色標(biāo)法例如:電阻的四色環(huán)顏色為:紅紅棕金,紅——第一位數(shù)是2,紅——第二位數(shù)是2,棕——倍乘數(shù)為10,金——允許誤差為±5%。即電阻值為220Ω,其誤差為±5%。【想一想】電阻的五色環(huán)為:棕紫綠金棕,它表示的電阻值和允許誤差分別是多少?(3)文字符號法例如:3M9K,表示3.9MΩ3.電阻額定功率的識別有兩種標(biāo)志方法:2W以上的電阻,直接用數(shù)字印在電阻體上;2W以下的電阻,以自身體積大小來表示功率。4.電阻允許誤差標(biāo)志符號【課堂互動】學(xué)習(xí)了電阻標(biāo)識后,用固定電阻實(shí)物訓(xùn)練學(xué)生讀取電阻數(shù)值及誤差。(三)可變電阻電位器的電阻值隨旋轉(zhuǎn)角度而變。其變化規(guī)律有三種不同形式:①X型:直線型。②Z型:指數(shù)型。③D型:對數(shù)型。(四)電阻的測量電阻的大小可用歐姆表進(jìn)行測量,測量時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。【討論】如果不按規(guī)定方式測量電阻,會產(chǎn)生什么情況呢?二、電感元件【課?;印靠梢杂酶黝愲姼袑?shí)物,讓學(xué)生識別和檢測。1.電感器的分類電感器按電感量是否可調(diào)分為:固定電感器和可變電感器。按磁心材料可以分為:空心電感器、鐵心電感器、磁心電感器。按照其作用可分為:具有自感作用的線圈、具有互感作用的變壓器線圈。2.電感器的命名3.固定電感器的識別方法(1)直標(biāo)法。(2)色環(huán)標(biāo)法?!鞠胍幌搿磕骋浑姼衅鞯纳h(huán)標(biāo)志依次是:棕紅紅銀,它表示的電感量和允許誤差分別是多少?4.電感器的檢查與測試(1)電感器的檢查包括外觀檢查和絕緣檢查。(2)測量其電阻?!居懻摗孔寣W(xué)生分析教材中電感測試方法的理論依據(jù)是什么?三、電容元件【課常互動】可以先讓學(xué)生識別和檢測各類電容器的實(shí)物。電容也是組成電子電路的基本元件,它在電路中主要功能:可用于穩(wěn)定電壓;可用于隔離直流;與電阻或電感形成諧振電路;可用于控制時(shí)間;用于交流通路可起到耦合作用。1.電容的基本性質(zhì)電容器有兩個(gè)重要的特性:(1)阻隔直流電通過、而允許交流電通過的特性。(2)充電特性、放電特性。2.電容器的型號命名方法3.電容的單位和符號電容:C=q/U,單位:法拉(F)電容電路中電壓和電流的關(guān)系:4.電容的主要參數(shù)(1)電容器的標(biāo)稱容量和偏差(2)電容的額定直流工作電壓(3)電容器的誤差電容器的誤差通常分為三個(gè)等級:Ⅰ級(±5%)、Ⅱ(±10%)、Ⅲ(±20%)。5.電容器的主要種類和特點(diǎn)電容器按有無極性可分為無極性電容器和有極性電容器。按電容量是否可變可分為固定電容器和可變電容器。有極性電容器指電容器的兩極有正、負(fù)極性之分,使用時(shí)一定要正極性端連接電路的高電位,負(fù)極性端連接電路的低電位;否則會引起電容器的損壞。6.電容器的檢測(1)測電容的漏電阻(適用于0.1μF以上容量的電容)(2)判斷電解電容的極性【課堂互動】讓學(xué)生總結(jié)電容器測量的步驟。7.介紹電容器在汽車電路中的典型應(yīng)用課堂小結(jié):電阻值的標(biāo)識方法有:直標(biāo)法、色標(biāo)法、文字符號法等??勺冸娮璋雌渥柚底兓?guī)律有三種不同形式:直線型、指數(shù)型、對數(shù)型。測量電阻時(shí),要斷開電路上的電源,并使被測電阻的一端斷開。電感器的標(biāo)識方法有直標(biāo)法、色環(huán)標(biāo)注法。可以用萬用表測量線圈阻值來判斷其好壞。電容器的幾個(gè)主要參數(shù)。作業(yè):1-7~1-9題課題四基爾霍夫定律重點(diǎn):理解支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的概念;正確認(rèn)識基爾霍夫電流定律和電壓定律內(nèi)容及推廣應(yīng)用。難點(diǎn):學(xué)會用基爾霍夫定律列方程,會求電路中任一點(diǎn)的電位和任意兩點(diǎn)之間的電壓;學(xué)會用“支路電流法”求具有2個(gè)節(jié)點(diǎn)、3條支路的雙電源供電電路的各支路電流。問題引入:由書上圖1-23復(fù)雜電路,若已知各電動勢和電阻的數(shù)值,怎樣求各電流的大小和方向呢?導(dǎo)入新課。在介紹定律之前,先來說明電路中的幾個(gè)術(shù)語(以圖1-23為例講解)。圖1-23復(fù)雜電路示例(1)支路;(2)節(jié)點(diǎn);(3)回路(4)網(wǎng)孔。應(yīng)當(dāng)注意的是:網(wǎng)孔和回路是有區(qū)別的,網(wǎng)孔一定是回路,但回路不一定就是網(wǎng)孔?!菊n堂互動】由學(xué)生指出圖1-23中的節(jié)點(diǎn)、支路、回路、網(wǎng)孔的數(shù)目。一、基爾霍夫電流定律(KCL)1.基爾霍夫電流定律也稱為節(jié)點(diǎn)電流定律,敘述(略),公式:∑I入=∑I出或者說:流過電路中任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和恒等于0。即∑I=0該定律體現(xiàn)了什么原理?與支路上是什么元件有關(guān)嗎?針對圖1-23列方程:I1+I2=I3或I1+I2+(-I3)=02.基爾霍夫電流定律的推廣由一個(gè)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展到一個(gè)任意一個(gè)假想的封閉面(或封閉網(wǎng)絡(luò))。【例1-3】(略)【想一想】求出I5電流后,將A-B-F-E-A電路看成一個(gè)廣義節(jié)點(diǎn),可以求出I6嗎?二、基爾霍夫電壓定律(KVL)1.基爾霍夫電壓定律也稱為回路電壓定律,它反映的是電路中任一回路各元件的電壓和電動勢之間的關(guān)系。該定律內(nèi)容是(略):公式:∑E=∑IR該定律也可表述為:∑U=0。它體現(xiàn)了什么定律?與路徑的選擇方向有關(guān)嗎?應(yīng)用該定律列方程時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①在列方程時(shí),必須首先選取回路的繞行方向,假定各支路的電流方向。②電阻電壓降的正、負(fù)號的確定;③電動勢的正、負(fù)號的確定。2.基爾霍夫電壓定律推廣該定律的使用可以由一個(gè)閉合的真實(shí)路徑推廣到一個(gè)不完全由實(shí)際元件組成的假想的回路。如圖1-26所示的abdca回路。圖1-27例1-4圖【例1-4】如圖1-27所示,R1=R2=15Ω,E1=E2=E3=12V,E4=E5=3V,求電路中的電流的大小和方向?!窘狻浚裕鞠胍幌搿咳粼O(shè)電路中的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向,結(jié)果如何?三、基爾霍夫定律的應(yīng)用1.用支路電流法求解復(fù)雜電路支路電流法概念:應(yīng)用支路電流法解題的方法步驟(假定某電路有n條支路、m個(gè)節(jié)點(diǎn)):(1)首先標(biāo)定各待求支路的電流參考正方向及回路繞行方向;(2)應(yīng)用基爾霍夫電流定律可列出(m-1)個(gè)節(jié)點(diǎn)方程;(3)應(yīng)用基爾霍夫電壓定律可列出[n-(m-1)]個(gè)獨(dú)立的回路電壓方程;(4)由電流定律和電壓定律聯(lián)立方程組來求解各支路的電流。(5)根據(jù)求出結(jié)果的正負(fù),確定支路中實(shí)際的電流方向?!纠?-5】如圖1-28所示,E1=10V,R1=6Ω,E2=26V,R2=2Ω,R3=4Ω,求各支路電流的大小和方向。圖1-28例1-5圖【解】假定各支路電流方向如圖1-28所示,對于節(jié)點(diǎn)A有:I1+I2=I3設(shè)圖中兩個(gè)閉合回路的繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針方向(見圖),對于回路I有E1—E2=I1R1—I2R2對于回路Ⅱ有E2=I2R2+I3R3聯(lián)立方程組I1+I2=I310-26=6I1-2I226=2I2+4I3解方程組得I1=-1A,I2=5AI3=4AI1為負(fù)值,說明實(shí)際方向與假定方向相反,同時(shí)說明E1此時(shí)相當(dāng)于負(fù)載?!居懻摗勘绢}中若選擇不同的回路繞向,結(jié)果如何?若選擇E1-R1-R3-E1回路和分別和回路Ⅰ或Ⅱ列電壓方程,如果如何?若假設(shè)圖中相反電流方向,結(jié)果會如何?通過這些問題,就會明確結(jié)果與實(shí)際方向、參考方向的關(guān)系,熟悉支路電流法解題步驟。2.應(yīng)用基爾霍夫定律進(jìn)行電位的計(jì)算在電路中要想求出某點(diǎn)的電位值,也必須在電路中選擇一個(gè)參考點(diǎn)(零電位點(diǎn))。零電位點(diǎn)可以任意選擇。汽車電路中常用搭鐵表示零電位。電路中某點(diǎn)的電位,就是從該點(diǎn)出發(fā),沿任選的一條路徑“走”到參考點(diǎn)所經(jīng)過的全部電位降的代數(shù)和?!鴱?qiáng)調(diào)計(jì)算電路中某點(diǎn)A電位的方法和步驟:下面以圖1-29電路為例說明計(jì)算電位的方法、步驟。圖1-29電位的計(jì)算以圖中的點(diǎn)D為參考點(diǎn),各電源的極性和電流I的方向如圖1-29所示,求點(diǎn)A的電位時(shí)有三條路徑:沿AE1D路徑:VA=E1沿ABD路徑:VA=I1R1+I3R3+E3沿ABCD路徑:VA=I1R1+I2R2-E2顯然,沿AE1D路徑計(jì)算點(diǎn)A電位最簡單,但三種計(jì)算方法的結(jié)果是完全相同的?!纠?-6】(略)【想一想】你能從該例題中各點(diǎn)的電位及UCD的數(shù)值中得出什么結(jié)論?課堂小結(jié):基爾霍夫電流定律反映了復(fù)雜電路中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各支路電流之間關(guān)系?;鶢柣舴螂妷憾煞从车氖请娐分腥我换芈犯髟碾妷汉碗妱觿葜g的關(guān)系。作業(yè):1-10,1-12題課題五惠斯通電橋電路重點(diǎn):認(rèn)識電橋電路的連接特點(diǎn),掌握電橋平衡狀態(tài)及處于平衡狀態(tài)的條件難點(diǎn):能夠運(yùn)用電橋電路,學(xué)會分析汽車上某些傳感器的工作原理復(fù)習(xí):基爾霍夫定律的內(nèi)容及推廣?一、惠斯通電橋圖1-31是用比較法測量電阻的電路,又叫單臂電橋。電阻R1、R2、R3、R4為四個(gè)橋臂的電阻,靈惠斯通電敏電流計(jì)(也稱為檢流計(jì))好像在c、d兩點(diǎn)間架設(shè)的一道橋。圖1-31惠斯通電橋電路電橋有兩種應(yīng)用方式:平衡方式;不平衡方式。1.電橋平衡的必要條件調(diào)節(jié)R3、R4的比值,使電流計(jì)中電流為零,這時(shí)電橋處于平衡狀態(tài),c、d兩點(diǎn)的電位相等(Uc=Ud,即Ucd=0),c、d之間無電流,Ig=0,可以得到或R1R4=R2R32.電橋平衡時(shí)測量電阻若選用三個(gè)(R1、R2、R3的數(shù)值)很精確的定值電阻,再采用高靈敏度的檢流計(jì)組成上面的電橋電路,調(diào)節(jié)電橋使其處于平衡狀態(tài),這樣就可測得另外一個(gè)橋臂R4的電阻。即通過R4=R2R3/R1從而求出R4。3.電橋的不平衡電橋不平衡是指c、d中有電流通過。這時(shí),也可以測量電阻,但它和電橋平衡時(shí)測電阻有原則上的區(qū)別,將圖中的檢流計(jì)G改為使用電流計(jì),它的作用不是檢測該支路有無電流,而是測量該支路電流的大小?!⒒菟雇姌虻膽?yīng)用【例1-7】圖1-32為一個(gè)測量技術(shù)中常用的可以測量溫度的電橋電路。已知:E=4V,R1=R3=R4=400Ω,R2=347Ω,儀表電阻Rg=600Ω。Rt為銅熱電阻,0℃時(shí),Rt=53Ω,放在需要測量溫度的地方,用導(dǎo)線把它接到電橋的一個(gè)橋臂中。求:溫度為0℃、100℃時(shí),儀表中通過的電流Ig及其兩端電壓圖1-32例1-7圖【課堂互動】讓學(xué)生分析該電路的特點(diǎn)(即節(jié)點(diǎn)數(shù)、支路數(shù)、網(wǎng)孔數(shù))?!窘狻糠治鰣D1-32電路可知:電路共有6條支路,若用支路電流法解題,需要列6個(gè)方程。但實(shí)際上由基爾霍夫電流定律可得I2=I—I1;I3=I1—IgI4=I—I1+Ig這樣就把支路未知電流的數(shù)目由6個(gè)簡化為3個(gè)。即,只要將I、I1、Ig三個(gè)電流求出來,就可以將I2、I3、I4求出。根據(jù)基爾霍夫電壓定律列方程如下:由回路ABCA列方程:I1R1+IgRg—(I—I1)(R2+Rt)=0由回路BDCB列方程:(I1—Ig)R3—(I—I1+Ig)R4—IgRg=0由回路ABDA列方程:I1R1+(I1—Ig)R3=E將已知數(shù)據(jù)代入上面式子,可求出(1)當(dāng)溫度為0℃時(shí),由于(R2+Rt)=R3=R1=R4=400Ω,滿足電橋平衡條件,此時(shí)Ig=0,Ug=0(2)當(dāng)溫度為100℃時(shí),R2+Rt=422Ω,不滿足電橋平衡條件,Ig≠0,代入上面方程式得:Ig=0.053mA,Ug=IgRg當(dāng)其中一個(gè)橋臂溫度變化時(shí)→電阻變化→電橋不平衡→Ig變化→Ug變化。若將B、C作為輸出端,這樣,對應(yīng)一個(gè)溫度,就會有一個(gè)對應(yīng)的輸出電壓Ug。反過來,通過儀表所指出的不同的毫伏數(shù),就可以知道Ig,可以求出Rt,從而便測出與此相對應(yīng)的溫度值?!菊n堂互動】由學(xué)生通過本例題的計(jì)算,總結(jié)出電橋電路測溫度的原理。【例1-8】圖1-33所示為上海桑塔納轎車電控燃油噴射系統(tǒng)的熱線式空氣流量計(jì)的電橋電路。圖1-33熱線式空氣流量計(jì)其實(shí),在汽車的傳感器中還有許多電橋電路,如半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器電路和電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器的電路都是采用了電橋電路。課題六特殊電阻在汽車上的應(yīng)用一、特殊電阻1.熱敏電阻(RT)熱敏電阻可以分為三種:(1)正溫度系數(shù)熱敏電阻(簡稱PTC)這種電阻,隨溫度升高,電阻值會大幅增加。(2)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(簡稱NTC)指隨溫度升高,電阻值會大幅度減小的電阻(溫度每升高1℃(3)臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CTR)當(dāng)半導(dǎo)體材料未達(dá)到某一臨界溫度時(shí),有一個(gè)穩(wěn)定的電阻值,達(dá)到某一臨界溫度后,電阻值驟然變化到另外一個(gè)數(shù)值?!菊n堂互動】不同溫度下,測量水溫傳感器的電阻。2.壓敏電阻汽車上有的傳感器是利用壓敏元件元件制成的。例如:半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器、電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器等。3.光敏電阻器按所用半導(dǎo)體材料不同可分為:單晶光敏電阻器、多晶光敏電阻器。按光敏電阻的光譜特性可分為:紅外光光敏電阻器、可見光光敏電阻器、紫外光光敏電阻器。光電式光量傳感器可以用于汽車上各種燈具的自動點(diǎn)亮控制,也可用于控制前大燈調(diào)節(jié)繼電器的自動控制。4.氣敏電阻器氣敏電阻器是一種新型氣——電轉(zhuǎn)換元件,它利用金屬氧化物半導(dǎo)體表面吸收某種氣體分子時(shí),會發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)而使用電阻值改變的特性制成的。氣敏電阻器可分為:N型、P型、結(jié)合型。其中,N型采用N型半導(dǎo)體材料制成,遇到還原性氣體時(shí)阻值減小,遇到氧化性氣體時(shí)阻值增大;P型采用P型半導(dǎo)體材料制成,遇到還原性氣體時(shí)阻值增大,遇到氧化性氣體時(shí)阻值減小。二、霍爾元件霍爾元件是一種半導(dǎo)體磁——電傳感器,是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的。圖1-34霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng):將一小塊N型鍺晶片(也稱半導(dǎo)體基片)兩端通以電流,放置在磁場(磁場方向垂直于電流方向)中,則在垂直于I和B的方向上將產(chǎn)生一個(gè)與I和B的乘積成正比的電壓UH(見圖1-34),UH=KHIB其中KH為霍爾元件靈敏度參數(shù)。從上式可知,當(dāng)通過基片(基片的厚度一定)的電流I為定值時(shí),霍爾電壓只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比?;魻栐奶攸c(diǎn):【想一想】汽車上哪些電器設(shè)備中用到了霍爾元件?小結(jié):作業(yè):11~15題。單元二正弦交流電路(共14學(xué)時(shí))引入:在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中所用的電一般都是正弦交流電,現(xiàn)在汽車上的直流電都是由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生后整流獲得的。那么什么是交流電呢?它有哪些特征?如何進(jìn)行計(jì)算?課題一交流電的基本概念一、交流電的基本概念1.什么是交流電我們把大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電動勢、電壓和電流分別稱為交變電動勢、交變電壓、交變電流,統(tǒng)稱為交流電。如圖2-1(b)、(c)、(d)所示為交流電。圖2-1幾種常見電壓、電流隨時(shí)間變化的波形圖(a)直流量(b)正弦波(c)矩形波(d)鋸齒波【想一想】圖2-1(b)的曲線與(c)、(d)的曲線有什么不同?※2.正弦交流電的產(chǎn)生e=Emsin(ωt+φ)式中Em=BmlV,稱為感應(yīng)電動勢最大值?!菊n堂互動】由學(xué)生總結(jié)產(chǎn)生正弦交變電動勢的原理。二、表示交流電特征的幾個(gè)物理量1.頻率、周期和角頻率我們把正弦交流電變化一周所需的時(shí)間叫周期,用T表示。交流電在1秒內(nèi)變化的周數(shù),稱為交流電的頻率,用f表示。周期和頻率的關(guān)系是:T=1/f1Hz=1s-1。把發(fā)電機(jī)線圈每秒鐘經(jīng)過的電角度叫角頻率,用ω表示。ω=α/t角頻率與頻率、周期之間,顯然有:ω=2π/T=2πf【課堂互動】我國工業(yè)用電的頻率為50HZ,周期和角頻率是多少?你了解其他國家工業(yè)用電的頻率嗎?2.瞬時(shí)值、最大值、有效值(1)瞬時(shí)值規(guī)定用小寫字母e、u、i表示。(2)最大值(幅值)規(guī)定用大寫字母加腳標(biāo)m表示,如用Im、Em、Um等來表示交變電流、電動勢、電壓的最大值。(3)有效值交變電流的有效值:即在相同的電阻中,分別通入直流電和交流電,在經(jīng)過一個(gè)交流周期時(shí)間內(nèi),如果它們在電阻上產(chǎn)生的熱量相等,則用此直流電的數(shù)值表示交流電的有效值。有效值規(guī)定用大寫字母E、I、U表示。根據(jù)有效值的定義,可得再將i=Imsinωt代入上式,積分可得同理可得到正弦電壓和電動勢的有效值【課堂互動】讓學(xué)生從有效值的定義通過推導(dǎo)得出結(jié)論:正弦交流電的有效值=最大值的×0.707?!纠?-1】某電容器的耐壓值為250V,問能否將其用在220V的單相交流電源上?3.相位電角度(ωt+φ)叫做正弦交流電的相位。4.初相角φ(初相位)我們把t=0時(shí)刻正弦量的相位叫做“初相”,用“φ”表示。規(guī)定|φ|≤180°?!鞠胍幌搿吭鯓訌牟ㄐ螆D上看出初相角的正、負(fù)?怎樣通過初相角為零的波形畫出初相角為θ的交流電的波形圖?5.兩個(gè)同頻率的正弦交流電的相位差兩個(gè)同頻率的正弦交流電的相位角之差叫相位差。用Δφ表示。例如,已知?jiǎng)ti1和i2的相位差為Δφ=(ωt+φ1)-(ωt+φ2)=φ1-φ2這表明兩個(gè)同頻率的正弦交流電的相位差等于它們的初相之差。①若相位差△φ=φ1-φ2>0,且|φ|<π弧度,稱“i1的相位超前于i2的相位”;②若△φ=φ1-φ2<0,且|φ|<π弧度,稱“i1滯后于i2”③若△φ=φ1-φ2=0,稱“i1和i2同相位”(圖2-6中的u和i也是同相位);④若相位差△φ=φ1-φ2=±180°,則稱“i1和i2反相位”(圖2-6中的u和e是反相位)。這里必須指出的是,在比較兩個(gè)正弦交流電之間的相位順序時(shí),兩個(gè)正弦量一定要同頻率才有意義。圖2-6同相與反相【課堂互動】以上講的這些基本物理量,知道了哪幾個(gè)量就可以完整地描述一個(gè)正弦交流電了?由此引出三要素。三、正弦交流電的三要素我們把正弦交流電的最大值、角頻率和初相角叫做正弦交流電的三要素。交流電動勢、交變電壓、交變電流的表達(dá)式分別為上述表達(dá)式的含義是:表示了任意時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值?!纠?-2】如圖2-7所示的正弦交流電的角頻率為ω,請寫出它們的瞬時(shí)值表達(dá)式?!纠?-3】一個(gè)正弦電壓的初相為60°,U=100V,T=0.02s,求它的瞬時(shí)值表達(dá)式?!居懻摗繉懗鼋涣麟姷乃矔r(shí)值表達(dá)式的關(guān)鍵是什么?【例2-4】已知正弦交流電:i1=5sinωtAi2=10sin(ωt+45°)Ai3=50sin(3ωt-45°)A求:i1和i2相位差?!居懻摗壳骾2、i3的相位差有意義嗎?【想一想】怎么求i=i1+i2的表達(dá)式?怎么求i=i1-i2的表達(dá)式?用什么方法?小結(jié):作業(yè):1~5題課題二正弦交流電的相量表示法一、正弦交流電的表示方法正弦交流電常用的幾種表示方法為:解析法、波形圖法(即曲線法)、相量圖(即矢量圖)、復(fù)數(shù)表示法(即相量表達(dá)式或稱極坐標(biāo)表示)。二、正弦交流電的相量表示正弦交流電的相量圖表示方法分為:旋轉(zhuǎn)矢量(最大值矢量)法和有效值矢量法。1.正弦交流電的相量圖(1)旋轉(zhuǎn)矢量表示法:▲啟發(fā)問:用矢量表示一個(gè)正弦交流電時(shí),應(yīng)怎么賦予他才能表達(dá)出這個(gè)交流電來呢?通常只用初始位置(t=0)的有向線段Im(或有效值I)來表示一個(gè)旋轉(zhuǎn)正弦量。將表示隨時(shí)間而在平面上旋轉(zhuǎn)的這一有向線段稱為相量,用大寫字母上加“·”或加“→”符號來表示。如、、分別表示電動勢、電壓、電流的最大值相量。(2)有效值矢量法有效值矢量用、、表示。有效值相量也只畫矢量的起始位置。(3)相量圖相量圖是指在一個(gè)復(fù)平面上表示幾個(gè)同頻率正弦量的相量整體時(shí),構(gòu)成了相量圖?!居懻摗空医涣麟姳旧硎鞘噶繂??它和矢量之間是什么對應(yīng)關(guān)系?注意:只有正弦量才能用相量表示,只有頻率相同的正弦量才能畫在同一相量圖上,可以用平行四邊形法則進(jìn)行“和”與“差”的計(jì)算。兩個(gè)同頻率正弦交流電的“和”與“差”頻率不變。不同頻率的正弦量不能畫在一個(gè)相量圖上進(jìn)行比較、計(jì)算?!菊n堂互動】畫出前面【例2-4】中交流電的相量圖。2.相量式=U∠φ=100∠60°(V),讀作“相量U”,用有效值和初相角表示。U的最大值相量式為(V)同理:可以將正弦電動勢寫成相量式:由于兩個(gè)同頻率正弦交流電的“和”與“差”頻率不變,所以在相量表達(dá)式中只寫有效值E和初相角φ?!纠?-5】已知求:總電流的瞬時(shí)值表達(dá)式?!窘狻糠椒ㄒ唬焊鶕?jù)i1、i2的有效值相量可以求出“和相量”的表達(dá)式總電流為:方法二:i1、i2的相量圖如圖2-9所示,用平行四邊行法則求得同樣可以求得上述的“和”的表達(dá)式?!鞠胍幌搿咳粢蟮谋磉_(dá)式,又該如何求呢?作業(yè):6題課題三單一參數(shù)的正弦交流電路一、純電阻R電路1.電阻元件上電流和電壓關(guān)系(1)電阻元件上電流和電壓的數(shù)值關(guān)系①瞬時(shí)值關(guān)系②最大值符合歐姆定律若設(shè)電流為參考正弦量,即i=Imsinωt則u=Ri=RImsinωt=Umsinωt可見Um=RIm③有效值符合歐姆定律U=IR(2)電壓和電流的頻率相同(3)電壓和電流的相位相同(4)電壓和電流的相量關(guān)系式,相量圖如圖2-10(c)所示。2.電阻元件的功率(1)瞬時(shí)功率即p=ui=Umsinωt·Imsinωt=UI(1-cos2ωt)(2)有功功率從前面電壓和電流的數(shù)值關(guān)系還可以得出:【想一想】交流電路中P的公式與直流電中電阻的功率式中物理量的含義相同嗎?【例2-6】已知一個(gè)白熾燈泡,工作時(shí)的電阻為484Ω,其兩端的正弦電壓u=311sin(314t-60°)V,求:(1)通過燈的電流相量及瞬時(shí)值表達(dá)式i;(2)燈工作時(shí)的平均功率。解:(略)【想一想】若把電壓的頻率提高到原來的2倍,結(jié)果如何?二、純電感L電路1.電感元件上電壓和電流的關(guān)系由電磁感應(yīng)定律可以得出電感元件的電壓和電流的相互關(guān)系式若設(shè)i為參考量,即將電流代入電壓表達(dá)式得到:由此可見:(1)電壓、電流的頻率相同(2)電壓和電流的相位不同電流滯后電壓90°。(3)電壓和電流的數(shù)值關(guān)系:只有最大值和有效值符合歐姆定律。Um=ωLImU=ωLI=XLI式中XL稱為感抗,單位為歐姆(Ω),且XL=ωL=2πfL電感具有“通直流隔交流”的作用。(4)電壓和電流的相量關(guān)系式,相量圖如圖2-11(c)所示?!居懻摗扛锌沟膯挝慌c電阻單位相同,但兩者對于電流的阻礙作用的本質(zhì)區(qū)別是有的,是什么呢?2.電感電路的功率(1)瞬時(shí)功率p=ui=Umsin(ωt+90°)×Imsinωt=UIsin2ωt。(2)有功功率這說明純電感元件不消耗有功功率,但是純電感與電源之間存在著能量交換。電感元件儲存的磁場能大小為:(3)無功功率QL只反映電感中能量互換的功率,并不是消耗的功率,單位是乏爾(var)。無功的含義是“交換”,并不是“無用”?!鞠胍幌搿磕軓淖置嫔习褵o功功率理解為“無用”之功嗎?無功的真正含義是什么?【例2-7】(略)【想一想】電感的有功功率P=?若把此電源的頻率提高到原來的2倍,結(jié)果如何?【課堂互動】若這個(gè)電感線圈的直流電阻不可忽略,其值為R=100Ω,此交流電路還是純電感電路嗎?是不是可以看成是純電阻和純電感的串聯(lián)電路呢?電壓和電流的相位差還是90°嗎?有功功率是多少?這個(gè)電感線圈對交流電的總的阻礙作用是多少?三、純電容C電路1.電壓和電流的關(guān)系(1)電壓和電流的數(shù)值關(guān)系電容元件具有“隔直流通交流”作用。電壓和電流的最大值和有效值均符合歐姆定律,即但(2)電壓和電流的頻率相同。(3)電壓和電流的相位關(guān)系即電流總是比電壓超前90°(圖2-12(c))。(4)電壓和電流的相量關(guān)系電壓和電流的相量關(guān)系2.電容電路的功率(1)瞬時(shí)功率p=ui=Umsinωt×Imsin(ωt+90°)=UIsin2ωt(2)有功功率有功(平均)功率P=0。電容元件儲存的電場能為:(3)無功功率【想一想】在電容電路中無功的真正含義又是什么?【例2-8】【想一想】當(dāng)電源電壓不變,而頻率變?yōu)?000Hz時(shí)無功功率變化嗎?【課堂互動】根據(jù)以上的教學(xué)內(nèi)容,讓同學(xué)們自己設(shè)計(jì)一個(gè)“單一參數(shù)正弦交流電路的電壓、電流、功率等分析小結(jié)表”,將三種純電路的電壓、電流等做一個(gè)對比?!鞠胍幌搿恳粋€(gè)電阻為R的電感線圈和C串聯(lián),相當(dāng)于一個(gè)什么電路呢?作業(yè):7~9題。課題四RLC串聯(lián)電路及串聯(lián)諧振本課題討論的R、L、C的串聯(lián)電路就是一種正弦交流電路中的典型電路,單一參數(shù)的電路、RL串聯(lián)電路、RC串聯(lián)電路則可以看成是RLC電路的特例。一、RLC串聯(lián)電路1.電路總電壓u與電流i之間的關(guān)系若令Z的單位也是歐姆Ω,表明了串聯(lián)電路對交流電總的阻礙作用,稱為電路的阻抗模。(1)串聯(lián)電路的總電壓U和電流I頻率相同。(2)總電壓和電流數(shù)值關(guān)系:U=|Z|IUm=|Z|Im(3)總電壓u與電流i的相位差由于以電流為參考相量,φi=0,所以u、i的相位差φ=φu-φi=φu,當(dāng)電源的頻率一定時(shí),總電壓u與電流i的相位關(guān)系和有效值關(guān)系都取決于電路參數(shù)R、L、C。①當(dāng)X=XL—XC>0時(shí),φ>0,若說明電壓超前電流φ角,電路呈現(xiàn)感性;②當(dāng)X=XL—XC<0時(shí),φ<0,說明電壓滯后于電流φ角,電路呈現(xiàn)容性;③當(dāng)X=XL—XC=0時(shí),φ=0,說明電壓與電流同相位,電路呈現(xiàn)電阻性。(4)總電壓u與電流i的相量關(guān)系其中Z=R+j(XL-XC)2.RLC串聯(lián)電路的功率(1)有功功率(2)無功功率Q(3)視在功率S把電路中電流和總電壓有效值的乘積定義為電路的視在功率,用S表示,即S=UI。單位用伏安(VA)作單位,1VA=1W。圖2-14電壓、阻抗及功率三角形(a)電壓三角形(b)阻抗三角形(c)功率三角形P、Q、S三者也構(gòu)成直角三角形,稱為功率三角形,如圖2-14(c)所示。(4)功率因數(shù)有功功率與電源視在功率的比值稱為功率因數(shù),用cosφ表示。額定視在功率SN為電氣設(shè)備的容量,即SN=UNINP=UNINcosφ【想一想】當(dāng)cosφ為多少時(shí),P=S?此時(shí),電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)?【例2-9】已知一個(gè)線圈的參數(shù)為R=6Ω和XL=8Ω,與XC=2Ω的電容器串聯(lián)后接在220V的正弦交流電源上。求:(1)電路中的電流I;(2)電流與電源電壓的相位差;(3)線圈上的電壓是多少?【解】(略)【課堂互動】題中電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)?電路的P=?Q=?S=?cosφ=?采用什么方法能使該電路呈現(xiàn)出電阻性質(zhì)呢?二、串聯(lián)諧振1.串聯(lián)諧振的條件從RLC電路的分析可知:當(dāng)X=XL—XC=0時(shí),電路相當(dāng)于“純電阻”電路,其總電壓U和總電流I同相,電路出現(xiàn)“諧振”。即:φ=0。f0稱為串聯(lián)電路的諧振頻率。與什么有關(guān)?【課堂互動】某收音機(jī)的輸入調(diào)諧電路中L=260μH,若要收聽頻率為828kHZ(該頻率就是串聯(lián)諧振頻率f0)的北京廣播電臺的新聞廣播,應(yīng)將調(diào)諧電容調(diào)整為多大?2.串聯(lián)諧振的特征(1)電流與電壓同相位,電路呈電阻性。(2)電路的阻抗Z最小,Z=R,而電流I最大,即I=I0=U/R。(3)串聯(lián)諧振時(shí)此時(shí)【課堂互動】對于含有一定電阻的感性負(fù)載和電容器的并聯(lián)電路,你能根據(jù)串聯(lián)諧振的推導(dǎo)過程,推導(dǎo)出并聯(lián)諧振的條件和諧振頻率嗎?試試看!作業(yè):10題課題五三相交流電源一、交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.三相電動勢的產(chǎn)生三相繞組中產(chǎn)生的三相對稱電動勢的瞬時(shí)值分別表示為規(guī)定:三相電動勢的正方向是從繞組的末端→首端。若某一時(shí)刻e的數(shù)值為負(fù),則說明其方向是從首端→末端。它們的波形圖及相量圖如圖2-16所示。圖2-16三相對稱電動勢的波形圖和相量圖(a)波形圖(b)相量圖【課堂互動】三相電動勢對稱的特征是什么?寫出三相電動勢的相量式?3.相序通常把三相交流電到達(dá)正的最大值(或負(fù)最大)的先后次序稱為相序。例如上述的三相電動勢依次滯后120°,其相序?yàn)閁→V→W(順相序);反之為逆相序。二、三相電源的連接星形(Y)連接和三角形(△)連接。1.星形連接的特點(diǎn)介紹圖2-17中星形連接的特點(diǎn)圖2-17三相電源的星形連接(a)電源的星形連接電路(b)三相四線制2.三相四線制三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓:①相電壓UP:是指相線與中線之間的電壓,用UU、UV、UW表示;②線電壓UL:是指相線與相線之間的電壓,用UUV、UVW、UWU表示。通常規(guī)定各相電動勢的參考方向?yàn)閺睦@組的末端指向始端。相電壓的參考方向:線電壓的參考方向:線電壓與相電壓的相量圖如圖2-18所示。由于三相電動勢是對稱的,故相電壓也是對稱的,相電壓的相量式為圖2-18線電壓與相電壓的相量圖【課堂互動】在相電壓已知的情況下,你能根據(jù)uuv=uu-uv,寫出UUV的相量式嗎?能求出線電壓UUV和UU的相位關(guān)系和數(shù)值關(guān)系嗎?③線電壓和相電壓的關(guān)系:由圖2-18可知,線電壓也是對稱的,在相位上比相應(yīng)的相電壓超前30°。一般低壓供電系統(tǒng)的線電壓是380V,它的相電壓是220V?!居懻摗可钪心男╇娖饔孟嚯妷?,哪些電器用線電壓?家庭中的插座是什么樣子?知道每個(gè)插孔代表什么嗎?作業(yè):預(yù)習(xí)下一節(jié),并復(fù)習(xí)。課題六三相負(fù)載的連接三相交流電路中,負(fù)載的連接方式有兩種:星形連接和三角形連接。一、三相負(fù)載的星形連接1.負(fù)載的相電壓和線電壓負(fù)載的相電壓UY:負(fù)載作Y形接法時(shí),加在負(fù)載兩端的電壓稱為負(fù)載的相電壓。每相負(fù)載的相電壓有效值都等于電源的相電壓,即:UY=UP,但各相的相電壓的相位各差了120°。負(fù)載的線電壓:就是電源的線電壓UL。各線電壓大小相等,相位各差120°,且超前相應(yīng)的相電壓30°。2.負(fù)載的相電流IP、線電流IL(1)相電流。相電流指流過每一相負(fù)載的電流,用IP表示若三相負(fù)載是對稱的,ZU=ZV=ZW=Z,則相電流也對稱(即大小相等,頻率相同,相位各差120°),其相量式為:,如圖2-20(b)所示。每一相的相電流有效值均為(2)Y形連接的線電流IL。線電流指流過火線中的電流(IU、IV、IW)。IP=IL,可以看出,三相負(fù)載對稱時(shí),線電流也是對稱的,相電壓和相電流的數(shù)值關(guān)系和相位關(guān)系見圖2-20(b)所示?!居懻摗磕隳芨鶕?jù)基爾霍夫電流定律計(jì)算出流過中線電流嗎?當(dāng)負(fù)載對稱時(shí),中線上有電流嗎?中線可以去掉嗎?當(dāng)負(fù)載不對稱時(shí),中線上有無電流?中線的作用是什么?3.中線的電流及作用中線電流為(1)當(dāng)負(fù)載對稱(如三相電機(jī)、三相電爐)時(shí),負(fù)載的相電流是對稱的,中線電流IN=0,三相四制可以取消中線變成三相三線制。(2)當(dāng)負(fù)載不對稱時(shí),三個(gè)負(fù)載的相電流則不再對稱,見圖2-20(a)所示,三個(gè)相電流的“和矢量”不為零,即中線電流IN≠0,此時(shí),中線是必需的。中線的作用是保證星形連接負(fù)載的相電壓等于電源的相電壓?!菊n堂互動】由學(xué)生總結(jié)負(fù)載不對時(shí)中線所起的作用。二、三相負(fù)載的三角形連接1.負(fù)載的相電壓負(fù)載的相電壓與電源的線電壓相等。因此,無論負(fù)載對稱與否,其相電壓總是對稱的,圖2-21負(fù)載的三角形連接2.負(fù)載的相電流和線電流(1)三角形連接時(shí),流過每一相負(fù)載的電流叫相電流IP(IUV、IVW、IWU)。當(dāng)三相負(fù)載對稱時(shí),相電流也是對稱的,即IP=IUV=IVW=IWU=UL/Z(2)線電流。流過火線的電流稱為線電流,用IL(IU、IV、IW)表示,假設(shè)三相負(fù)載為對稱性的感性負(fù)載,每相負(fù)載上的電流均滯后對應(yīng)的電壓φ角,三個(gè)線電流也是對稱的,線電流相位滯后于相應(yīng)的相電流30°,數(shù)值上【討論】線電流與相電流的數(shù)值和相位關(guān)系怎樣導(dǎo)出的?【例2-10】如圖2-21所示的三相三線制電路,各相負(fù)載的復(fù)阻抗Z=3+j4Ω,電源線電壓為380V,試求(1)負(fù)載的相電流和線電流及它們間的相位差。(2)相電流和相電壓的相位差?!窘狻浚裕居懻摗咳舭杨}中負(fù)載作星形連接,接在該電源上,相電流和線電流又是多少呢?若每相負(fù)載換成5Ω的電阻,結(jié)果會如何?三、三相電路的功率1.三相負(fù)載的總的有功功率如果三相負(fù)載對稱,則不論負(fù)載為星形連接還是三角形連接,2.三相負(fù)載總的無功功率總無功功率也等于三相負(fù)載的無功功率之和,如果三相負(fù)載對稱,則不論負(fù)載為星形連接還是三角形連接,總無功功率3.三相電路的視在功率應(yīng)當(dāng)注意:在電源電壓不變的情況下,同一個(gè)負(fù)載星形連接和三角形連接時(shí)所消耗的功率是不同的,三角形連接時(shí)的功率是星形連接時(shí)的三倍,即【課堂互動】若一臺三相電動機(jī)額定電壓為220V,電源的線電壓為380V,電機(jī)繞組應(yīng)作什么形式的連接?若電動機(jī)的額定電壓為380V,對該電源又該作何種連接?作業(yè):11~14題單元三磁路及電磁器件(共8學(xué)時(shí))導(dǎo)入新課:常用的電動機(jī)、變壓器,以及在汽車上用到的電磁鐵、繼電器、各種電磁閥,都是有鐵芯的線圈,所以在這些電氣設(shè)備中不僅存在電路問題,也存在著磁路問題。比如電氣設(shè)備內(nèi)部的電與磁的相互作用、相互轉(zhuǎn)換等。本單元就來學(xué)習(xí)磁路及電磁器件的知識?!n題一磁場與電磁感應(yīng)一、磁場的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.磁通量Φ若磁場為均勻磁場,Φ的大小可用Φ=BS公式計(jì)算。3.磁導(dǎo)率μ圖3-1直導(dǎo)體周圍的磁場磁導(dǎo)率μ用來衡量磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量。如圖3-1所示的直導(dǎo)體,在導(dǎo)體附近X點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bx磁導(dǎo)率μ的單位:亨每米(H/m)。不同的介質(zhì),磁導(dǎo)率μ也不同。例如真空的磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m,一般磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ與真空中磁導(dǎo)率μ0的比值,稱為相對磁導(dǎo)率,用μr表示,即相對磁導(dǎo)率μr的物理意義:根據(jù)磁介質(zhì)相對磁導(dǎo)率的不同,材料分成三大類:第一類μr略小于1,稱為逆磁(反磁)材料;第二類μr略大于1,順磁材料。這兩類統(tǒng)稱為非鐵磁性材料。第三類為鐵磁性材料。4.磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度H也是磁場的—個(gè)基本物理量。上式中,H為磁場強(qiáng)度,單位為安每米(A/m)。由圖3-1可知,磁場中X點(diǎn)的磁場強(qiáng)度Hx為由此可見,磁場強(qiáng)度的大小取決于電流的大小、載流導(dǎo)體的形狀及幾何位置,而與磁介質(zhì)無關(guān)(而B與磁介質(zhì)有關(guān),使磁場的計(jì)算變得復(fù)雜)。H和B同為矢量。H的方向就是該點(diǎn)B的方向。二、電磁感應(yīng)1.電磁感應(yīng)定律在電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢上式中的負(fù)號表明:感生電動勢的方向總是阻礙原磁通量的變化趨勢。2.自感和互感(1)自感(2)互感我們把一個(gè)線圈的電流變化在緊靠它的另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫做互感。課題二鐵磁材料的磁性能一、鐵磁材料的磁性能鐵磁材料的磁性能主要包括高導(dǎo)磁性、磁飽和性和磁滯性。1.高導(dǎo)磁性2.磁飽和性當(dāng)外磁場(或勵(lì)磁電流)增大到一定數(shù)值時(shí),其內(nèi)部所有的磁疇已基本上都轉(zhuǎn)向與外磁場方向一致的方向上,因而即便再增大勵(lì)磁電流,其磁性也不能繼續(xù)增強(qiáng),這就是鐵磁材料的磁飽和性。3.磁滯性當(dāng)給鐵磁材料加上一個(gè)交變的外磁場時(shí),鐵磁材料在磁場中反復(fù)磁化,在反復(fù)磁化過程中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化總是滯后于磁場強(qiáng)度H的變化,這種特性稱為鐵磁材料的磁滯性。二、鐵磁材料的分類鐵磁材料按其磁性能可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三種類型。1.軟磁材料2.硬磁材料3.矩磁材料【想一想】還有哪些地方用到上述鐵磁材料?三、磁滯損耗和渦流損耗1.磁滯損耗鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中的能量損失為磁滯損耗。2.渦流損耗鐵磁材料導(dǎo)磁,同時(shí)也導(dǎo)電,因而在交變磁通的作用下鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,感應(yīng)電流在垂直于磁通的鐵芯平面內(nèi)圍繞磁力線呈旋渦狀,故稱為渦流。渦流損耗用ΔPe表示。減小渦流的方法是:彼此相互絕緣的硅鋼片疊合,做成電器設(shè)備的鐵芯【課堂互動】變壓器和電動機(jī)、三相硅整流發(fā)電機(jī)所用的鐵芯是什么樣子?為什么不用一整塊鐵芯呢?課題三磁路及磁路歐姆定律一、磁路、磁動勢、磁阻1.磁路由鐵芯所限定的磁場稱為磁路。介紹常見的幾種電氣設(shè)備的磁路。2.磁動勢把NI乘積稱作磁路的磁動勢,簡稱磁勢,用F表示,單位是安·匝。F=N·I3.磁阻磁阻用來表示磁路對磁動勢建立磁通所呈現(xiàn)的阻力,用Rm表示。式中——磁路的長度(m);S——磁路的截面積(m2);μ——磁路材料的磁導(dǎo)率。磁阻的單位是:1/H(亨-1)。二、磁路歐姆定律在磁路中,磁通Φ與磁動勢NI成正比,與磁阻Rm成反比,這就是磁路歐姆定律,它的表示式為比較磁路歐姆定律和電路歐姆定律:對于鐵磁材料,由于μ不是常數(shù),故Rm也不是常數(shù)。因此,上式主要被用來定性分析磁路,一般不能直接用于磁路計(jì)算?!菊n堂互動】磁路歐姆定律與電路歐姆定律相比存在什么對應(yīng)關(guān)系?列出對應(yīng)表。作業(yè):1~4題課題四變壓器導(dǎo)入:【想一想】我們生活中使用的三相照明用電是怎樣傳輸過來的?中間經(jīng)過什么環(huán)節(jié)?變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止的電氣設(shè)備,它具有變電壓、變電流和變阻抗的作用。變壓器種類很多,按其用途不同,有電源變壓器、控制變壓器、電焊變壓器、自耦變壓器、儀用互感器等。一、單相變壓器的結(jié)構(gòu)單相變壓器由閉合鐵芯和兩個(gè)繞組及輔助設(shè)備等組成。變壓器從結(jié)構(gòu)可分為兩種:芯式和殼式。二、變壓器的工作原理1.變壓器的空載運(yùn)行變壓器原線圈接上額定的交變電壓u1,副線圈開路不接負(fù)載(開路i2=0),這種狀態(tài)稱為空載運(yùn)行。K稱為變壓比或變比。當(dāng)K>1時(shí),變壓器為降壓變壓器;當(dāng)K<1時(shí),為升壓變壓器?!鞠胍幌搿繉W(xué)生總結(jié)變壓器的工作原理實(shí)質(zhì)是什么?【例3-1】某單相變壓器接到電壓U1=380V的電源上,已知副邊空載電壓U20=19V,副繞組匝數(shù)N2=100匝,求變壓器變比K及N1。2.變壓器負(fù)載運(yùn)行(1)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)初、次級的電壓關(guān)系變壓器的原繞組接交流電壓u1,副繞組接負(fù)載Z2,變壓器向負(fù)載供電,這種運(yùn)行狀態(tài)稱為負(fù)載運(yùn)行(2)變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)初、次級的電流關(guān)系【課堂互動】變壓器能變換功率嗎?3.變壓器的阻抗變換作用可見,接在變壓器副邊的負(fù)載阻抗|Z2|反映到變壓器原邊的等效阻抗Z1是|Z2|的K2倍,這就是變壓器的阻抗變換作用。當(dāng)匝數(shù)比K不同時(shí),同樣的副邊負(fù)載阻抗值反映到原邊的等效阻值Z1也不同?!菊n堂互動】喇叭的電阻為8Ω,功率放大器輸出端的輸出電阻為288Ω,要使喇叭接入放大器輸出端,得到最大功率,問喇叭能否直接接入功率放大器的輸出端?怎樣接入才能使喇叭發(fā)出最大聲音?【例3-2】有一臺機(jī)床控制變壓器,初級電壓為220V,次級電壓為36V,如果次級接入一個(gè)100W/36V的燈泡,若不考慮變壓器繞組的阻抗,問:(1)初、次級的電流是多少?(2)當(dāng)次級接入兩個(gè)這樣的燈泡(也能正常運(yùn)行)時(shí),初、次級的電流又是多少?【解】(略)三、變壓器的額定值額定值通常標(biāo)注在變壓器的銘牌上,又稱銘牌值。變壓器的額定值主要包括額定電壓、額定電流、額定容量、阻抗電壓和額定頻率。1.額定電壓U1N、U2N2.額定電流I1N、I2N3.額定容量SN4.額定頻率fN5.變壓器的損耗和效率(1)變壓器的損耗變壓器主要有兩部分損耗:鐵損耗ΔPFe和銅損耗ΔPCu。(2)變壓器的效率η變壓器的效率比較高,一般小容量變壓器的效率都在70%~80%左右,大型供電變壓器在額定負(fù)載時(shí)的效率可達(dá)到99%?!纠?-3】某照明變壓器的額定容量SN=600VA,額定電壓為220V/36V。試求:(1)原、副邊的額定電流I1N、I2N;(2)在副邊最多可以接幾盞36V、50W的燈泡?【解】(略)【討論】在副邊只接一盞36V/50W的燈泡時(shí),原、副邊的電流還與額定電流相等嗎?作業(yè):5~8題課題五幾種特殊的變壓器一、自耦變壓器普通變壓器的初級繞組和次級繞組是互相分開的。而自耦變壓器的原邊電路與副邊電路共用一部分線圈。原、副邊之間除了有磁的聯(lián)系之外,還有直接電的聯(lián)系。在自耦變壓器中,原來的變壓公式仍可以運(yùn)用,式中K為自耦變壓器的變壓比。當(dāng)自耦變壓器接上負(fù)載,副邊有電流i2輸出時(shí),有電流表達(dá)式表明,自耦變壓器中原、副邊電流的大小與線圈匝數(shù)成反比。使用自耦調(diào)壓器時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn):二、電流互感器1.電流互感器結(jié)構(gòu)和原理電流互感器實(shí)際就是利用變壓器的原理,將大電流變換成小電流(實(shí)際為升壓變壓器)。2.使用電流互感器時(shí)的注意事項(xiàng)(1)電流互感器在運(yùn)行中不允許副邊開路。(2)電流互感器的鐵芯和副邊繞組的一端也必須接地。3.鉗形電流表(電流互感器的一種變形)電流互感器的副繞組繞在鐵芯上并與電流表接成閉合回路,可從電流表上直接讀出被測電流的大小。鉗形電流表用來測量正在運(yùn)行中的設(shè)備的電流,不用斷開設(shè)備。4.脈沖變壓器脈沖變壓器是用來變換脈沖電壓的,其作用是將輸入的脈沖電壓(不連續(xù)變化的電壓)經(jīng)變壓器變換后,輸出的脈沖電壓波形失真盡可能地小,這是其最基本的要求。三、汽車上使用的變壓器1.點(diǎn)火線圈就是一臺升壓變壓器,它能將汽車電源系統(tǒng)提供的12V的低電壓,變?yōu)楦哌_(dá)15千伏甚至以上的高壓,用于點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)內(nèi)的可燃混合氣。點(diǎn)火線圈有開磁路、閉磁路兩種形式。2.基于變壓器原理的傳感器壓力傳感器在汽車上有兩個(gè)方面的作用:一是用于氣壓的檢測,包括進(jìn)氣真空度、大氣壓力、氣缸內(nèi)的氣壓及輪胎氣壓等;二是用于油壓的檢測,包括變速箱油壓、制動閥油壓等。3.脈沖變壓器在汽車上應(yīng)用作業(yè):8~13題課題六電磁鐵及繼電器一、電磁鐵1.電磁鐵的結(jié)構(gòu)常見的電磁鐵結(jié)構(gòu)形式有馬蹄式、拍合式和螺管式。它們都是由鐵芯、線圈和銜鐵三個(gè)基本部分組成的。電磁鐵線圈通電后,鐵芯吸引銜鐵的力稱為電磁吸力。電磁吸力的計(jì)算公式為2.直流電磁鐵及其在汽車上的應(yīng)用直流電磁鐵的勵(lì)磁電流是恒定不變的,其磁動勢I·N也是恒定不變的。但隨著銜鐵的吸合,空氣氣隙變小,吸合后空氣氣隙將消失,磁路的磁阻會顯著減小,因而磁通Φ要增大。由上式可知,吸合后的電磁力要比吸合前大得多。電磁鐵的特點(diǎn)應(yīng)用到汽車上:(1)觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器;(2)電喇叭【討論】汽車上還有哪些形式的電壓調(diào)節(jié)器和電喇叭?二、繼電器【課堂互動】準(zhǔn)備幾個(gè)不同的汽車?yán)^電器,讓學(xué)生認(rèn)識。汽車上安裝了許多繼電器,如:起動繼電器、喇叭繼電器、前照燈繼電器等等,繼電器是自動控制電路中常用的一種元件,它是用較小的電流來控制較大的電流的一種自動開關(guān),在電路中起著自動操作、自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。1.繼電器的類型2.繼電器的結(jié)構(gòu)(1)電磁式繼電器;(2)干簧式繼電器3.常用繼電器的符號4.選用繼電器時(shí)的注意事項(xiàng):5.繼電器在汽車上的典型應(yīng)用【課堂互動】準(zhǔn)備兩個(gè)汽車用常開、常閉繼電器和萬用表,用萬用表怎樣檢測一個(gè)常開繼電器的好壞?單元四電動機(jī)(共6學(xué)時(shí))本單元主要討論直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理、起動、調(diào)速和反轉(zhuǎn);步進(jìn)電動機(jī)的工作原理等。課題一直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、特性一、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)1.直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)主要由定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)兩大部分組成,定子與轉(zhuǎn)子之間有很小的氣隙。(1)定子定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、端蓋和電刷裝置等部分構(gòu)成。(2)轉(zhuǎn)子直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子習(xí)慣上稱為電樞,由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。二、直流電動機(jī)的工作原理【想一想】通電導(dǎo)體在磁場中受電磁力的方向如何判定?受力的大小如何計(jì)算?直流電動機(jī)與交流電動機(jī)原理大致相似,都是基于電磁感應(yīng)的原理,使得轉(zhuǎn)軸受到一個(gè)力偶的作用旋轉(zhuǎn)起來。1.轉(zhuǎn)動原理以最簡單的電動機(jī)模型來說明電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理。【想一想】力矩的計(jì)算公式?2.電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M可以用下式來表示M=KTΦIa式中,KT為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù),與電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān),它是個(gè)常數(shù);Φ為每極磁通,單位是Wb;Ia為電樞電流,單位為A;M的單位為N·m。3.電樞電動勢和電樞電流所以電動機(jī)電樞總的電動勢為Ef=KeΦn式中,Ke為電樞電動勢系數(shù),與電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān),是個(gè)常數(shù);n為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)基爾霍夫電壓定律,由圖4-5可以得出直流電機(jī)的電壓平衡關(guān)系式:U=Ef+
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