电工学(第五版)教案

武汉工程职业技术学院

（铁山校区培训部教案）

适用工种：B类员工培训

班级：程潮铁矿、金山店铁矿B类员工培训班任课教师：付斌

日期：2012-8

二0一二年下学期

教学进度计划表

任课教师：付斌班级：B类员工培训班2012-8

第一章直流电路

本章教学要求:

1、了解电路的组成和状态，理解有关基本物理量的定义，熟记它们的单位和符号；

2、掌握欧姆定律，熟悉电路的三种状态。

3、了解电流热效应的应用与危害，了解负载额定值的意义；

4、熟练掌握电阻串联、并联和混联电路的特点及其应用；

5、了解基尔霍夫定律。

6、会用万用表测量电压、电流和电阻。

重点：

1．电路的基本定律（欧姆定律、基尔霍夫定律）；

2．电位的计算。

3、电阻串并联计算。

难点：

1．电源与负载电压方向的判别方法；

2．基尔霍夫电压方程的列写。

教学方法：

讲授法、讲练结合、启发式

§1-1 电路及其基本物理量

一、电路：电流流通的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。

1、电路的作用

（1）实现电能的传输、分配与转换

（2）实现信号的传递与处理

2、电路的组成和状态

组成部分：电源、负载、导线、控制装置。 状态：通路、开路（断路）、短路 二、电流 1、电流的形成：电荷有规则的定向移动形成电流。

2、电流的大小：是指单位时间内通过导体横截面的电荷，即I=Q/t ，电流用符号I 表示，单位是安培（A ）。

3、电流的方向：正电荷移动的方向。

4、电流的换算关系：

三、电压、电位和电动势 1、电压

（1）概念：电场力将单位正电荷从a 点移到b 点所做的功，称为a 、b 两点的电压，用U ab 表示。电压单位是伏特（V ）。

（2）方向：高电位 → 低电位，电位降低的方向。 （3）换算关系：

A

101kA 3

=A

101mA -3

=A

10mA 10A 1-6

-3==μ

2、电动势

（1）概念：在电源内部外力将单位正电荷从电源的负极移动到电源正极所做的功，是衡量电源移动正电荷的能力的物理量，符号为E ，单位为伏特（V ）。

（2）方向：在电源内部由负极指向正极。 3、电位

（1）概念：电路中某点与参考点之间的电压称为该点的电位。选定参考点电位为零，电位的单位也是伏特（V ）。

（2）电压与电位的关系：电路中任意两点之间的电压等于这两点之间的电位差，即U ab =U a -U b ，故电压又称电位差。

举例：已知U a =10V ，U b =-10V ，U c =5V 。求 U ab 和U bc 各为多少？ 解：根据电位差与电位的关系可知：

U ab =U a -U b =10-（-10）=20V ；U bc =U b -U c =-10-5=-15V 课堂练习：课本P30第2题

§1-2 电阻

一、电阻与电阻率

1、电阻概念：导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R 表示。其单位为 Ω（欧姆）。

2、电阻单位的换算关系：

3、电阻率：长度为1m 、截面为1mm 2

的导体，在一定温度下的电阻值，

V

101kV 3

=V

101mV -3

=V

10mV 10V 1-6

-3==μΩ

101k Ω3

=Ω

10k Ω101M Ω6

3==

用符号ρ表示。其单位为Ω2m （欧米）。

注：纯金属的电阻率很小，绝缘体的电阻率很大。银是最好的导体，但价格昂贵而很少采用，目前电气设备中常采用导电性能良好的铜、铝作导线。

4、电阻与电阻率的关系：

导体电阻的大小决定于导体的材料（ρ）、长度（L ）和横截面积（S ）,即：

二、电阻与温度的关系

金属的电阻率随温度升高而增大，电解液、半导体和绝缘体的电阻率则随温度升高而减小。

三、电阻的测量

电阻的测量使用电阻计（欧姆表）进行测量，测量时应注意： 1、切断电路上的电源。 2、使被测电阻的一端断开。 3、避免把人体的电阻量入。

第二章 磁场与电磁感应

本章教学要求：

1、了解直线电流、环形电流所产生的磁场，会用安培定则（右手定则）判断磁场的方向。

2、理解磁感应强度、磁通和磁导率的概念。

3、掌握电流在磁场中受电磁力作用的知识，会用左手定则判断电磁力的方

S

L R ρ

向。

4、理解电磁感应的概念，掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律。

5、理解自感系数和互感系数的概念，了解自感现象和互感现象的应用，会判断和测定互感线圈的同名端。

重点：

电磁感应、安培定则、左手定则

难点：

磁场的主要物理量、楞次定律

教学方法：

讲授法、讲练结合

§2-1 磁场

一、磁的几个基本概念

1、磁性：能够吸引铁、镍、钴及其合金的性质。

2、磁体：具有磁性的物体，也称磁铁。

3、磁极：磁体两端磁性最强的部分。任何磁体都具有两个磁极，分别是北极（N）和南极（S）。

4、磁极间的相互作用力：同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。

5、磁场：磁体周围空间中存在着的一种特殊物质。磁极间的作用力就是通过磁场传递的。

6、磁感线：为了形象地描述磁场分布而画出的一些有方向的曲线。

7、磁感线的3个特点：

①磁感线是互不交叉的闭合曲线；在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。

②磁感线上任一点的切线方向，就是该点的磁场方向。

③磁感线越密，磁场越强；磁感线越疏，磁场越弱。

二、电流的磁场

通电导体周围产生磁场的现象称为电流的磁效应。其磁场方向用右手螺旋定则（安培定则）来判断。

1、直线电流产生的磁场方向：用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流方向，则四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。

2、环形电流（螺线管）产生的磁场方向：右手握住通电螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是磁场的北极方向。

§2-2 磁场的主要物理量

1、磁感应强度（B）

在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即B=F/IL。单位是特斯拉，简称特（T）。

磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。 B的大小也等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。

2、磁通（Φ）

磁通是反映磁场在某一范围内的分布及变化情况的物理量。均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ=BS。单位是韦伯(Wb)。

3、磁导率（μ）

磁导率μ表示物质的导磁性能，单位是亨/米(H/m)。真空的磁导率为μO=4π310-7H/m。将物质磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率（μr），则μr =μ/μO

4、物质的分类（按相对磁导率的大小）

①顺磁物质（μr>1）；②反磁物质（μr<1）；③铁磁物质（μr>>1）

5、磁化：使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。

第三章单相交流电

本章教学要求：

1、掌握正弦交流电的三要素（有效值、频率、初相位）及三种表示方法（解析式、波形图、相量图）。

2、理解电感器和电容器在正弦交流电路中的作用，会用相量图分析纯电阻、纯电感、纯电容交流电路及电阻、电感与电容串联交流电路，能做简单计算。

3、了解提高功率因素的意义和一般方法。

4、了解常用照明电路的有关知识。掌握白炽灯、荧光灯、两双联开关控制一盏灯的原理图和接线方法。

重点：

运用相量图分析交流电路

难点：

正弦交流量之间的相位差、无功功率、功率因素

教学方法：

讲授法、讲练结合

§3-1 交流电的基本概念

课前准备：手摇发电机模型

一、交流电的概念

电压或电流的大小和方向都不随时间而变化的称为稳恒直流电。

电压或电流的大小和方向按正弦规律变化的称为正弦交流电。表达式为：u=U m sin（ωt+θ）；i= I m sin（ωt+θ）。波形图如图所示：

二、交流电的产生

交流电可由交流发电机或振荡器产生。

（振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路。）

交流发电机产生的正弦交流电动势表达式为：e=E m sinωt

三、正弦交流电的周期、频率和角频率 1、周期（T ）：电流电每重复变化一次所需的时间，单位是秒（s ）。 2、频率（f ）：交流电在1s 内重复变化的次数称为频率，单位是赫兹（Hz ）。周期和频率互为倒数，即T=1/f 或f=1/T 。我国工频是50Hz 。 3、角频率（ω）：交流电每秒变化的电角度，单位是弧度/秒（rad/s ）。 计算公式为ω=2πf=2π/T

四、正弦交流电的最大值、有效值

1、最大值：最大瞬时值，又称峰值或振幅。最大值用大写字母加下标m 表示，如Em 、Um 、Im 。

2、有效值：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。有效值用大写字母表示，如E 、U 、I 。

3、有效值和最大值的关系：有效值=最大值/√2

举例应用：如下图所示的波形图中，试求T 、f 、ω和I 分别是多少？

五、正弦交流电的相位与相位差

1、相位：正弦量在任意时刻的电角度，也称相角，用（ωt+θO ）表示。初相是t=0时的相位。如交流电u=311sin （314t+60°）V 的相位是（314t+60°），初相是60°。

2、相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如u=U m sin （ωt+θu ）

i= I m sin （ωt+θi ）

相位差为θ=（ωt+θu ）-（ωt+θi ）=θu -θi

两正弦量有相位差的前提：两者的角频率必须相等。

(a) u 与i 同相 (b) u 超前i t

§3-2 正弦交流电的相量图表示法

一、表示正弦交流电的方法

1、解析式。例如u=U m sin（ωt+θu）

2、波形图。例如图所示:

3、相量图。例如图所示:

二、相量图(矢量图)

1、旋转矢量与波形图的关系

2、应用相量图时注意以下几点

①同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。

②同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。

③一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为

正，反之为负。

④用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进

行。

3、举例

试画出u1=3√2sin(314+30°)V和u2=4√2sin(314-60°)V的相量图，并用向量图表示u1+u2

第四章三相交流电路

本章教学要求：

1、了解三相交流电的特点，掌握三相四线制电源的线电压与相电压的关系。

2、掌握三相交流电路中对称三相负载分别作星型和三角形连接时的有关性质，并会进行简单计算。

3、了解发电、输电和配电的概况。

4、掌握安全用电的一般知识。

重点：

三相交流电的特点；三相负载的连接方式；安全用电常识

难点：

线电压和相电压关系的应用、线电流和相电流关系的应用

教学方法：

讲授法、讲练结合、引导式

§4-1 三相交流电

一、三相交流电的三个优点

1、三相发电机比体积相同的单相发电机输出的功率要大。

2、三相发电机的结构不比单相发电机复杂多少，而使用、维护都比较方便，运转时比单相发电机的振动要小。

3、在同样条件下输送同样大的功率时，特别是在远距离输电时，三相输电比单相输电节约材料。

二、三相交流电动势的产生

由三相交流发电机产生。发电机结构示意图如课本图4-1所示，产生的三个对称正弦交流电动势分别为：

e U=E m sin(ωt)V；e V= E m sin(ωt-120°)V；e W=E m sin(ωt+120°)V

（针对性课堂练习：课本P108第2题）

波形图相量图

相序——三个交流电动势到达最大值（或零）的先后次序。

规定每相电动势的正方向是从线圈的末端指向始端，即电流从始端流出时为正，反之为负。

三、三相四线制

线电压：相线与相线之间的电压。

相电压：相线与中线之间的电压。

U线=√3 U相

线电压总是超前于对应的相电压30°。

举例：已知某三相对称负载接在线电压为380V的三相电源中，其中R相 = 6Ω，X相 = 8Ω。试分别计算该负载作星形连接和三角形连接时的相电流、线电流及有功功率。

§4-4 安全用电常识

一、触电方式及安全常识

1、触电方式有三种：

单相触电（220V）、两相触电（380V）、跨步电压触电

2、电流对人体的伤害：(分电击和电伤)

电击是电流通过人体内部，对人体内脏及神经系统造成破坏。

电伤是电流通过人体外部造成的局部伤害，如电弧烧伤、熔化的金属渗入皮肤等。

3、安全电流：交流30mA及其以下；直流40mA及其以下。

4、人体电阻：一般干燥皮肤时约2kΩ，皮肤潮湿或有损伤约800Ω。

5、安全电压：交流36V及其以下，直流48V及其以下。

二、防止触电的技术措施

1、保护接地：将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接。它适用于中性点不接地的三相供电系统。

2、保护接零：将电气设备在正常情况下不带电的外露导电部分与供电系统中的零线相接。

采用保护接零须注意事项：

①保护接零只能用于中性点接地的三相四线制供电系统。

②接零导线必须牢固可靠，防止断线、脱线。

③零线上禁止安装熔断器和单独的断流开关。

④零线每隔一定距离要重复接地一次。一般中性点接地要求接地电阻小于10Ω。

⑤接零保护系统中的所有电气设备的金属外壳都要接零，绝不可以一部分接零，一部分接地。

3、家庭安全用电

家

庭配电示意图

4、漏电保护器原理图：

三、安全用电注意事项

（1）判断电线或用电设备是否带电，必须用试电器（或测电笔），决不允许用手触摸。

（2）在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源，并在开关处设置“禁止合闸”的标志。

（3）根据需要选择熔断器的熔丝粗细，严禁用铜丝代替熔丝。

（4）安装照明线路时，开关和插座离地一般不低于1.3 m。不要用湿手去摸开关、插座、灯头等，也不要用湿布去擦灯泡。

（5）在电力线路附近，不要安装电视机的天线；不放风筝、打鸟；更不能向电线、瓷瓶和变压器上扔物品。在带电设备周围严禁使用钢板尺，钢卷尺进行测量工作。

（6）发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源，在带电状态下，决不能用水或泡沫灭火器灭火。

（7）发生触电事故时，首先要使触电者迅速脱离电源。

第五章变压器与三相异步电动机

本章教学要求：

1、了解变压器的基本结构。

2、掌握变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换的关系。

3、了解几种常用变压器的结构特点及其应用。

4、了解三相笼型异步电动机的基本结构和工作原理。

5、熟悉三相笼型异步电动机铭牌数据的意义。

重点：

变压器原理；三相笼型异步电动机的基本结构和铭牌。

难点：

三相笼型异步电动机的工作原理

教学方法：

讲授法、实物和实验演示、讲练结合

§5-1 变压器

课前准备：小型变压器模型

一、变压器的作用

1、主要功能是改变交流电压的大小。

2、改变电流、变换阻抗等。 二、变压器的结构

1、主要组成部分：铁心和绕组

铁心：变压器的磁路通道，同时也是变压器的骨架。为了减小涡流和磁滞损耗，铁心通常由磁导率较高又相互绝缘的薄硅钢片叠合而成。

绕组：变压器的电路部分。由绝缘良好的漆包线或纱包线绕制而成。工作时与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的线圈称为二次绕组。 2、变压器符号： 3、变压器分类：按绕组和铁心的安装位置不同，分为心式和壳式两种。（如课本图5-3所示） 三、变压器工作原理 1、变压原理： 理想变压器一次、二次绕组端电压之比等于绕组的匝数比。

2、变流原理：

变压器工作时，一次、二次绕组中的电流跟匝数成反比。 3、变换阻抗原理:

2

1

2121N N

E E U U ==1

21221N N U U I I ==

如图把带负载的变压器看成是一个新的负载，并用R′L表示，则有R′L = (N1/N2)2 R L (因为I12 R′L = I22 R L ；I1/I2=N2/N1) R′L是R L在变压器一次侧中的交流等效电阻。

四、常用变压器

1、三相变压器：有三相干式变压器和三相油浸式变压器

2、电焊变压器:

3、互感器和钳形电流表

§5-2 三相异步电动机

课前准备：电动机模型

一、三相笼型异步电动机的结构

1、定子：电动机静止部分，包括机座、定子铁心和定子绕组。产生旋转磁场。

2、转子：电动机的旋转部分，包括转轴、转子铁心和转子绕组。产生电磁转矩。

结构示意图如课本图5-16

二、三相笼型异步电动机的工作原理 1、工作原理:

电磁感应原理（导体切割磁力线运动产生感应电动势，通电导体在磁场中受到电磁力的作用而偏转）

2、三相异步电动机的极数和转速:

异步电动机的转速n 必定小于旋转磁场 转速n 0（又称同步转速），旋转磁场转 速与电动机的转速之差称为转差。

转差——旋转磁场转速与电动机转速之差。

转差率——转差与旋转磁场转速之比。

三、三相异步电动机铭牌识读与维护 1、铭牌识读

p f n 600=%1000

00?-=?=n n n n n

S 0)1(n S n -=

型号：Y-112M-4是指国产Y系列异步电动机，机座中心高度112mm，中机座（M中机座，L长机座，S短机座），磁极数为4极。

绝缘等级：按绝缘材料允许最高温度划分。见下表：

防护等级

等级。

工作制：S1表示连续工作制（S2表示短时运行工作制，S3表示断续运行工作制）

噪声等级：LM82dB表示噪声等级为82dB

2、三相异步电动机的选用原则

根据负载大小选择电动机的功率；根据负载转速选择电动机的转速。

3、电动机起动前的检查

①检查电动机铭牌所标电压、频率是否与使用的电源电压、频率相等，接法与铭牌所标是否相符。

②新电动机或长期不用的电动机，使用前应用兆欧表检查各相绕组间及各相绕组对地的绝缘电阻（正常值都应为无穷大）。

4、电动机运行中的巡查监视

①电压监视电源电压与额定电压的偏差不应超过±5%，三相电压不平衡度不应超过1.5%。

②电流监视用钳形表测量电动机的电流，对较大的电动机还要经常观察运行中电流是否三相平衡或超过允许值。

③机组转动监视检查皮带连接处是否良好，皮带松紧是否合适，机组转动是否灵活，有无卡位、窜动及不正常的现象。

④温度监视用手触及外壳，看电动机是否过热烫手，如发现过热，可在电动机外壳上滴几滴水，如果水急剧汽化，说明电动机显著过热。

⑤响声、气味监视检查响声是否正常，电动机是否有焦臭气味。