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章节课题 8-1 谐波的概念 课时 2节
教 学 目 的 1. 熟练掌握：单方向脉动周期电量的分解方法。 2. 正确理解：理解非正弦周期电量谐波的概念。 3. 一般了解：非正弦周期电量。
重点难点 重点：谐波的概念以及单方向脉动周期电量的分解方法 难点：单方向脉动周期电量的分解方法
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 P223 1 2
课 后 小 结 1．任何一个非正弦周期电量，都可以看作是由多个正弦周期电量相叠加的结果。 2．单方向脉动周期电量含有直流分量和交流分量；而交流周期电量只含有正弦交流分量而不含有直流分量。非正弦周期电量的谐波频率越高，其幅度越小。 3．非正弦电量的波形和正弦电量的波形差别越大，这个非正弦电量的谐波越丰富，在电路中占用的频带越宽
教学内容 8-1 谐波的概念 教学目的 掌握：单方向脉动周期电量的分解方法。 理解：理解非正弦周期电量谐波的概念。 了解：非正弦周期电量。 技能要求 掌握：单方向脉动周期电量的分解方法。 教学内容 8-1 谐波的概念 8.1.1 谐波的产生
教学内容 8.2 谐波的分解 1.单方向脉动周期电量的分解 图8-3a 是一个单向半波整流电压波形，它在一个周期内只有半个正弦波形，是一个单方向脉动周期电量。它可以分解为直流分量（图8-3b）和一系列正弦交流分量（图8-3c、d、e）相叠加。其中直流分量是半波整流电压波形的平均值（凡是单方向流动的周期电量，都含有直流分量）。图8-3c称为基波，它的频率和单方向脉动周期电量的频率相同，幅度也最大；其余称为高次谐波，高次谐波的规律是：电压的频率越来越高，幅度越来越小。 如图8-3e是4次谐波，频率是基波的4倍，它的幅度已下降到。而6次谐波的幅度仅为，在图中已经表示不出来了。由此可见，虽然一个非正弦波可以分解为无穷多项正弦量相叠加，但起主要作用的是分解后的前几项。 由图7- 17可见，由于负载对称，各相阻抗相等、性质相同，因此各相负载电流也是对称的，即 I UV = I V W = I WU φU = φV = φW 按图7- 17中给出的电流参考方向，根据基尔霍夫电流定律可写出线电流和相电流瞬时值关系式为 iU = iUV－iWU iV = iVW－iUV iW = iWU－iVW 根据瞬时值关系式可写出矢量表达式为 以线电压为参考矢量，假设负载对称并为感性，作电流矢量图。因为负载上的相电压就是电源的线电压，又已知负载为感性，即各相电流落后相电压（即电源线电压）相位φ。又根据线电流的矢量表达式： ， ， 作出矢量图如图7-18所示。从图中可见，由于3个相电流分别落后相电压相位φ，因此3个相电流也是互差120o的对称矢量。而3个线电流分别落后3个相电流相位30o，在数值上线电流是相电流的 倍，即IL IP 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8-3 单向脉动周期电量的分解 2. 交流周期电量的分解 图8-4是交流周期矩形波分解和叠加的情况，由图中可见，交流周期电量分解后没有直流分量（也可以认为直流分量为0）。图8-4a是取了叠加量的前3项，即只取到5次谐波，合成曲线如图中虚线所示。由图中可见，基波的幅度最大，频率最低；3次谐波的幅度是基波的1/3，频率是基波的3倍；5次谐波的幅度是基波的1/5，频率是基波的5倍。其合成波形的形状和矩形波还 有一定的差距。图8-4b是取了叠加量的前6项，取到11次谐波，合成波形已经非常接近矩形波了。 图8-4 谐波合成示意图 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 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 通过以上分析，同学们应建立起如下概念： 1．任何一个非正弦周期电量，都可以看作是由多个正弦周期电量相叠加的结果。 2．单方向脉动周期电量含有直流分量和交流分量；而交流周期电量只含有正弦交流分量而不含有直流分量。 3．非正弦周期电量的谐波频率越高，其幅度越小，即起主要作用的是谐波的前几项。 4．非正弦电量的波形和正弦电量的波形差别越大，这个非正弦电量的谐波越丰富，在电路中占用的频带越宽。 5．有些非正弦电量是工作中必需的，有些非正弦电量是工作中产生的干扰。要想将不需要的非正弦电量去除，在电工技术中应用的是滤波电路。 图8-3 单向脉动周期电量的分解 2. 交流周期电量的分解 图8-4是交流周期矩形波分解和叠加的情况，由图中可见，交流周期电量分解后没有直流分量（也可以认为直流分量为0）。图8-4a是取了叠加量的前3项，即只取到5次谐波，合成曲线如图中虚线所示。由图中可见，基波的幅度最大，频率最低；3次谐波的幅度是基波的1/3，频率是基波的3倍；5次谐波的幅度是基波的1/5，频率是基波的5倍。其合成波形的形状和矩形波还 有一定的差距。图8-4b是取了叠加量的前6项，取到11次谐波，合成波形已经非常接近矩形波了。 图8-4 谐波合成示意图 图7-18 对称负载三角形连接时的矢量图 通过以上分析，得出如下结论： 1）各相负载所加电压为电源的线电压。 2）当负载对称时，线电流等于负载相电流的 倍 如果负载对称，同星形连接的情况一样，电路取用的总功率为 P=3PP=3UPIPcosφP=3UL cosφP 即 UL IL cosφP （7-10） 因此，三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式（7-10）来计算电路的总功率。 综上所述，三相负载可以连接成星形或三角形，采用哪种接法，应根据负载的额定电压和电源的线电压而定。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形 例如，我国低压供电制式为线电压380 V，相电压220V。若三相电动机的每相绕组额定电压为380 V，则3个绕组应按三角形连接；如果电动机的每相绕组额定电压为220 V，则3相绕组应按星形连接。当正常运行时应采用三角形连接的三相负载，如果错接成星形 连接，则负载因为输入功率不足而不能正常工作；如果负载运行时应采用星形连接而错接成三角形连接，则负载因为输入过功率而烧毁。这是在电动机连接时要非常注意的问题。 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。

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