汽车电工电子技术电子教案2

《汽车电工电子技术》电子教案

模块二交流电路

课题交流电路

授课日期授课类型理论课课时

学习目标 1.掌握交流电的基本概念，掌握交流电的相量表示方法。

2.理解 R，L，C 在交流电路中的伏安关系，及能量交换。

学习重点与难点用表测量汽车电工电子实验室中电压、电流；用示波器读正弦交流电压的三要素；用万用表判断电容的极性和质量，能够验证电容对交变电流的阻碍作用。

教学方法教师讲解与学生领悟相结合

教学资源多媒体教室，多媒体课件

教学步骤及主要内容备注教学环节教学内容

讲授新知

目标任务1 交流电的基本概念

一、周期电流和电压

电压和电流变化的次数叫做频率，用f表示，单位为赫兹(Hz)。

电流就被确定下来了。正弦电压和电动势也一样，所以称这几个量为正弦量的三要素。

二、正弦交流电及三要素

（一）周期与频率

正弦函数是周期函数，通常将正弦量完成一个循环所需要的时间叫做周期，用T表示，单位为秒(s)。每秒内完成的周期数称为频率，用f表示，单位为赫兹(Hz)。根据此定义，频率和周期应互为倒数。

（二）幅值与有效值

正弦量是随时间t按正弦规律变化的，因此在每一瞬间的值都是不同的。每一瞬间的值称为瞬时值。交流电的瞬时值分别用小写字母表示，如e，u，i分别表示正弦电动势、正弦电压和正弦电流的瞬时值。瞬时值中最大的值称为最大值或幅值，分别用加注下标m的大写字母表示，如U m，I m分别表示电压、电流的幅值。

（三）相位与初相位

随着时间 t的改变，(ωt+φ)具有不同的值，交流电也就变化到不同的数值。通常将交流电路中的(ωt+φ)称为正弦量的相位角，简称相位。它反映正弦量随时间变化的进程，对于每一给定的时刻，都有相应的相位。t=0时的相位称为初相位角，简称初相位或初相。

目标任务2 正弦量的相量表示法一个正弦量是由它的幅值(或有效值)、频率和初相位三要素所决定的。在正弦交流电路中，由于电压和电流均是同频率的正弦量，因此要确定电压或电流，只要知道它们的幅值(或有效值)和初相位两个量就行了。而一个复数恰好能满足代表两个要素的要求。现从数学角度给出相量定义。

把正弦量变换成相量来分析计算正弦电路的方法，称为相量法。按照各个正弦量的大小和相位关系用初始位置的有向线段画出若干个相量的图形，称为相量图。在相量图上能形象地看出各个正弦量的大小和相互间的相位关系。

正弦量有多种表示方法，要学会在不同的场合灵活运用不同的表示方法，以方便计算。需要注意：文字符号的大小写要分清，明确瞬时值和相量的相互关系，它们都代表同一物理量，并有一一对应关系，但并不相等。 用示波器对被测正弦交流电压和周期进行读数，操作步骤如下：

一、测量电压的读数

示波器扫描线在Y轴方向偏离一个方格，被测量的电压值就等于电压选择旋钮所指示的电压。

二、测量交流电压的周期

示波器扫描线在X轴方向每移动一个方格，所经过的时间就等于扫描速度旋钮所指示的时间。

项目任务3 无源元件

在交流电路中，由于所加电压是随时间交变的，因此电路中的电流、功率以及电场和磁场中所储存的能量也都是随时间而变化的，且电感元件中的感应电动势和电容元件中的电流均不等于零。但在直流电路稳定状态下，电感元件可视作短路，电容元件可视作开路。

一、电阻元件

金属导体的电阻与导体的尺寸及导体材料的导电性能有关。

二、电感元件

将绝缘导线绕成N匝的螺管线圈，便组成一个非铁芯电感元件，简称线性电感器或电感，当通过N匝线圈的磁通量发生变化时，不论引起磁通量变化的原因是什么，在线圈电路上产生的感应电动势eL总是与磁通量对时间t的变化率的负值成正比。

三、电容元件

用绝缘材料隔开的两个金属导体的组合称为电容器。两个金属导体称为电容器的极板，极板上所储存的电荷量q与极板上所加的电压u成正比。

电容器的电容与金属极板的大小、形状、两极间的绝缘材料有关，而与金属极板的材料无关。

用万用表判断电容的极性和质量

一、电解电容极性的判别

不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。

只有电解电容的正极接电源正（电阻挡时的黑表笔），负极接电源负（电阻挡时的红表笔）时，电解电容的漏电流才小（漏电阻大）；反之，则电解电容的漏电流增加（漏电阻减小）。

二、用万用表判断电容器质量

试电解电容器容量大小，通常选用万用表的R×10 ， R×100 ， R ×1k 挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极（每次测试前，需将电容器放电），由表针的偏摆来判断电容器质量。

项目任务四纯电感交流电路

若交流电路中其他参数的影响与电感相比可忽略不计，则只考虑电感参数的作用，这种只有单一电感参数的电路称为纯电感电路。

一、电压与电流关系

电压的幅值(或有效值)与电流的幅值(或有效值)之比为ωL，它的单位为欧姆(Ω)。当电压 U一定时，ωL越大，则电流I越小。可见它具有对电流起阻碍作用的物理性质，所以称为电感电抗，简称感抗，用X L代表，即

X L=ωL=2πfL

二、电感上的功率

（一）瞬时功率

将电感电路中的电压瞬时值与电流瞬时值相乘，就可得到瞬时功率

即

p=p L=ui=U m I m sinωt sin(ωt+90°)=U m I m sinωtcosωt u和i的参考方向相同，故其乘积为正值，即p>0，在此期间i的绝对值增大，电感中存储的磁场能增加，因此需从电源吸收功率，以便把电能转变为磁场能。

（二）平均功率

（三）无功功率

由上述可知，电感本身不消耗电能，但在电感和电源之间有能量的互换。

这种能量互换的规模，用无功功率Q L来衡量。规定无功功率等于瞬时功率p L的幅值，即

Q L=UI=I2X L

无功功率的单位是乏(Var)或千乏(kVar)。

项目任务5 纯电容交流电路

交流电是能够通过电容的，但是将电容器接入交流电路中时，电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用，物理学上把这种阻碍作用称为容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率越高，交流电也越容易通过电容，电容的阻碍作用也小。

一、电压与电流关系

二、电容上的功率

（一）瞬时功率

将电容电路中电压和电流的瞬时值表示式直接相乘，则可求得瞬时功率。

（二）平均功率

（三）无功功率

现代工农业生产、国防以及人们日常生活中广泛应用交流电，交流电的优点主要体现在发电和配电方面，利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能、化学能等其他形式的能量转化为电能，所以在日常生活中得到了广泛的应用。