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章节课题 6-9 交流电路的电功率 课时 2节
教 学 目 的 1. 熟练掌握：电阻 电容 电感，RL串联电路各种功率的计算方法 2. 正确理解：有功功率和无功功率以及瞬时功率的概念。 3. 一般了解：瞬时功率的概念。
重点难点 重点：电阻 电容 电感功率的计算方法；RL串联电路的功率和功率因数 难点：无功功率 功率因数的概念
教学方法 课堂讲授与练习相结合，综合学生实际，适当处理教材，因材施教，讲解问题时力求清晰明了，注意引导学生对本课程的兴趣和调动学生的学习积极性，并通过练习加深对所学知识的理解与掌握，尽可能达到好的教学效果，以提高学生的理论水平。
教具及参考书 1.《电工基础》 李梅主编 机械工业出版社 2.《电工电子技术基础》 王兆义主编 高等教育出版社 3.《电工基础》 谭恩鼎主编 高等教育出版社 4.《电工基础》 薛涛主编 高等教育出版社
作业 P184 6-3-10
课 后 小 结 1. 电阻为耗能器件，他在交流电路中和在直流电路中一样，都是将电能不可逆地转化为热能 2. 电感和电容都是储能元件，都与电源交换能量而不耗能。“无功”的含义是“交换”，而不是消耗，更不能理解为无用，. 电感是以磁场的形式储存能量，有电流，就存在磁场，就储有电能：电容是以电场的形式储存能量。
教学内容 6-9 交流电路的电功率 教学目的 掌握：电阻 电容 电感，RL串联电路各种功率的计算方法。 理解：有功功率和无功功率以及瞬时功率的概念。 了解：瞬时功率的概念。 技能要求 掌握：功率的测量方法。 了解：功率因数提高的方法。 教学内容 6-9 交流电路的电功率 6.9.1 三大电路元件的电功率 1．电阻电路消耗的功率 根据功率的定义，又根据电压和电流同相位，电阻电路消耗的平均功率为 P = I U 电阻电路消耗的平均功率，也称为电阻电路的有功功率，它等于电阻两端电压与电流有效值之积。在交流电路中，当交流电用有效值表示时，在前面学习的直流电路的基本概念均可用于交流电阻电路的分析。 2．电感电路的功率 （1）电感电路的瞬时功率 根据功率的定义，瞬时功率为 p=u I由数学可以证明，两个同频率正弦函数之积，仍为正弦函数，即瞬时功率亦为一个正弦函数。下面用波形图进行分析。如图6-48所示，当电压和电流同时为正或同时为负时，功率为正；当电压和电流一正一负时，功率为负。当瞬时功率为正时，电感从电源中取用能量，相当于电源的负载；当瞬时功率为负时，电感向电路释放能量，相当于一个电源。因此，电感元件只与电源交换能量，而不消耗能 量，所以电感元件又称为储能元件。
教学内容 交换能量，而不消耗能量，所以电感元件又称为储能元件。 图6-48 电感电路的功率曲线 （2）电感电路的无功功率 为了表示电感与电源之间能量交换的大小，引入了无功功率的概念。电感电路中电压和电流的有效值之积，称为无功功率，即 式中 QL ——无功功率，单位为var（乏）。 具有电感性质的电器设备，如电动机、变压器等，在工作时其线圈的内部都要建立磁场，因此，需要电源向它提供无功功率。“无功”的含义是“交换”，而不是消耗，更不能理解为无用，它是电感性质的电器设备工作的一个必要条件。当然，从电源 的角度看，希望电路的无功功率越小越好。 3．电容电路的功率 （1）瞬时功率 根据功率的定义有 P = u i 电容中的瞬时功率亦为一正弦函数，其波形如图6-49所示。在一个周期内功率时正时负，当瞬时功率为正值时，电容器充 电，相当于电路的负载；当瞬时功率为负值时，电容器放电，相当于一个电源。电容器在一个周期内储存的能量等于放出的能量，所以电容器本身并不消耗能量， 能量， 由于电路谐振时总阻抗最小，所以电路中电流可达最大值，谐振电流为 3．电容或电感两端电压可比电路的总电压大许多倍 当电路谐振时，电感电压与电容电压大小相等，方向相反，互相抵消，电路的总电压等于电阻的电压，即U =UR = R I0 。当电感的感抗（或电容的容抗）比电阻的阻值大许多倍时，会出现 〉〉 电感（或电容）上的电压与外加电压之比，称为电路的品质因数，用Q表示为 从式中可见，Q值越大，电容或电感两端电压就比外加电压高得越多。一般用于谐振的串联电路，R为电感线圈的导体电阻，因其阻值很小，电路有很高的Q值，可达10~102数量级。谐振电路的Q 值不同，其谐振曲线的尖锐成度亦不同。Q 值越大，频带越窄；Q 值越小，通频带越宽，如图6-44所通频带越窄；Q 值越小，通频带越宽，如图6-44所 通频带越窄；Q 值越小，通频带越宽，如图6-44所示。 因为串联谐振电路可从电感或电容两端取得高电压，因此串联谐振又称为电压谐振。 由以上分析可知，总电压u超前总电流i相角（0﹤φ﹤90o），通常将电压超前电流的电路称为感性电路，具有感性特征的负载称为感性负载。总电压的有效值与分电压的有效值遵从矢量和的相加关系（三角形关系），而不是代数和的相加关系，这 与电阻串联电路有着本质的区别。 2．电阻、感抗与阻抗之间的关系 由于RL串联电路中通过的是同一电流I，如将各电压分别除以电流I，可得阻抗三角形，如图6-35所示。由阻抗三角形可知 式中 ——RC串联电路的阻抗，单位为Ω。 阻抗不是矢量，但电阻、感抗和阻抗三者遵从矢量和的关系，而不是代数和的关系。由于XL是频率f的函数，所以 也是频率的函数，f增大， 增大，f减小， 减小。当U、I用有效值表示时， 、U、I三者遵从欧姆定律，即 教学目的 掌握：二极管的基本特性；二极管和三极管器件的外形和电路符号；三极管的电流分配关系。 理解：二极管的伏安特性曲线和主要参数；三极管的放大作用和主要参数。 了解： 三极管场效应管的结构，场效应管的分类。 技能要求 掌握： 万用表判别二极管和三极管的质量和电极的方法。 了解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 图6-49 电容瞬时功率曲线 4．小结 通过以上对三大电路元件的分析，可得结论为： 电阻为耗能器件，他在交流电路中和在直流电路中一样，都是将电能不可逆地转化为热能；电感和电容都是储能元件，都与电源交换能量而不耗能。电感是以磁场的形式储存能量，有电流，就存在磁场，就储有电能：电流消失，磁场消失，放出能量。电容是以电场的形式储存能量，电容两端存在电压，电容就储有能量，电压消失，电容放出能量。 6.9.2 RL串联电路的功率和功率因数 1．RL串联电路的功率 在RL串联电路中，已知电压三角形，又知RL通过的是同一电流，根据功率的定义，如将电压三角形中各边同乘以电流I，即，、 ，便得到功率三角形，如图6-45所示。 图6-45 功率三角形 根据功率三角形有 式中 S —— 视在功率，即电源提供的总功率，为总电压和总电流的有效值之积。单位为V·A（伏安）； P —— 有功功率，即电阻中消耗的功率，为电阻上电压和总电流的有效值之积。单位为W； QL —— 无功功率，电感与电源之间的交换功率，为电感上电压和总电流的有效值之积。单位为var。 例： 已知RLC串联电路，其参数为：L = 0.2 H，C = 0.22 μF，R = 50 Ω。将电路接到4 V的交流电源上，电路发生谐振。求谐振频率f0，电路中的电流I0、电压UL及Q值。解： 解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。
教学内容 式中 S —— 视在功率，即电源提供的总功率，为总电压和总电流的有效值之积。单位为V·A（伏安）； P —— 有功功率，即电阻中消耗的功率，为电阻上电压和总电流的有效值之积。单位为W； QL —— 无功功率，电感与电源之间的交换功率，为电感上电压和总电流的有效值之积。单位为var。 2．RL串联电路的功率因数 由上式可知，电源提供的总功率分为两部分，其中有功功率P被电路所取用。有功功率P与视在功率S的比值，反映了电路对电源输出功率的利用率，称为电路的功 率因数，用表示，即 功率因数是交流电路运行状况的重要指标，越大，表明电路对电源输出的功率的利用率越高。 例：有一电感线圈，已知体电阻R = 6 Ω，电感L = 25.5 mH。将其接入频率为50 HZ、电压为220 V的电路上，分别求λ、φ 、P、Q 、S 。 解 图6-49 电容瞬时功率曲线 4．小结 通过以上对三大电路元件的分析，可得结论为： 电阻为耗能器件，他在交流电路中和在直流电路中一样，都是将电能不可逆地转化为热能；电感和电容都是储能元件，都与电源交换能量而不耗能。电感是以磁场的形式储存能量，有电流，就存在磁场，就储有电能：电流消失，磁场消失，放出能量。电容是以电场的形式储存能量，电容两端存在电压，电容就储有能量，电压消失，电容放出能量。 6.9.2 RL串联电路的功率和功率因数 1．RL串联电路的功率 在RL串联电路中，已知电压三角形，又知RL通过的是同一电流，根据功率的定义，如将电压三角形中各边同乘以电流I，即，、 ，便得到功率三角形，如图6-45所示。 图6-45 功率三角形 根据功率三角形有 式中 S —— 视在功率，即电源提供的总功率，为总电压和总电流的有效值之积。单位为V·A（伏安）； P —— 有功功率，即电阻中消耗的功率，为电阻上电压和总电流的有效值之积。单位为W； QL —— 无功功率，电感与电源之间的交换功率，为电感上电压和总电流的有效值之积。单位为var。 例： 已知RLC串联电路，其参数为：L = 0.2 H，C = 0.22 μF，R = 50 Ω。将电路接到4 V的交流电源上，电路发生谐振。求谐振频率f0，电路中的电流I0、电压UL及Q值。解： 解： 场效应管的保存、取用、焊接的操作要领。 教学内容 1.1 晶体二极管 1.1.1半导体的基本知识 1. 什么是半导体 半导体是介于导体和非导体之间的物质（如硅和锗）。与导体和绝缘体具有能或不能传导电流那样非常明显的性质相比，半导体的导电能力则会根据周围状态（或条件）改变其性质。如温度升高，光照增强，掺杂质等均会使半导体的导电能力大为增强。 2. 半导体的分类 纯净的半导体称为本征半导体。在纯净半导体中掺入杂质元素后，使导电性能增强的半导体,称为杂质半导体，根据掺入杂质的不同，可得到二种不同类型的半导体：N型半导体和P型半导体。各种半导体之间的关系如图1.1.1所示。

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