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摘 要:电工基础是机、电、信息类专业的一门重要的专业基础课程。其目标是提高学生对电工基础相关知识的认识、理解能力,培养学生在学习和工作中分析问题、解决问题的能力。
关键词:电工基础;理解能力;分析问题;解决问题
电工基础不仅是电子、电气、信息、计算机类专业学生必修的课程,而且一些非电类学生在工作岗位中也需要具备一定的电工知识。电工基础在教学中是理实一体的课程,必备的电工理论基础是扎实电工操作技能的先提条件和根本依据。因此,结合电工基础教学实例,讲解电路解析方法,对于激发学生的学习热情,提高学生知识掌握效果,加强学生课堂学习效率具有一定的积极作用。
现结合本人在教学过程中,总结的有关直流电路和交流电路的典型实例,分别讲述如下解析方法。
一、混联电阻等效电路
电路中电阻的连接方式多种多样,除了常用的比较简单的电阻串联与并联电路之外,电路分析常见的是较为复杂的电阻混联电路。然而,混联电路通常都可以经过等效变换,得出一个等效电阻R。
如图1,所有电阻值均为5Ω,对于此图导线有交叉,、较为复杂的混联电路,可按照如下步骤解析:
1.将电路中有分支的连接点用字母或数字编号,如图中a、b、c、d;
2.如短路线上存在两个或多个点,可采用将短路线无限延伸或缩短方式将其连接为同一点(图1中c、d重合);
3.观察电路元件连接关系,改变电路元件在电路图中位置,以直观电路图形式进行等效求解。电路图1改画后如图2所示,因此,可以直观地看出Rab为:
二、结合电路基本定律计算电源功率
根据某一元件两端电压U和流经电流I是否为关联参考方向,功率求解公式分为:P=UI(关联参考方向),P=-UI(非关联参考方向)。在应用过程中,若结合电路基本定律求解电源元件功率,学生存在问题较多,结合图3电路,进行讲解。
如图3电路图所示Us=12V,Is=2A,R=3Ω,求解电压源Us和电流源Is的功率。解析方法如下:
1.求解Us和Is的电压和电流值
首先,Us、R、Is串联形成闭合回路,此回路电流值即为Is的值;其次,根据欧姆定律U=RI可知,R两端电压为6V;然后,根据基尔霍夫电压定律,此闭合回路三个元件电压代数和为0,可计算出Is两端电压。
2.判断参考方向
当参考电流从电压的“+”极性端流向“-”极性端,称其为关联参考方向,反之称其为非关联参考方向。由图3可知,电压源功率由P=UI(关联参考方向),电流源由P=-UI(非关联参考方向)计算。同样,可以根据电功率守恒,得出电流源功率。
3.判断元件是吸收功率还是发出功率
计算时,无论选择P=UI还是P=-UI,只要计算结果P>0,则该元件吸收功率,消耗电能,是负载;若P<0,则该元件发出功率,提供电能,是电源。
三、正弦交流电路相量模型
按正弦规律作周期性变化的交变电路,称为正弦交流电。区别于直流电路,在正弦交流电路中,各个物理量之间既存在数值关系,又存在相位关系。在RLC组合连接的电路中,学生经常忽略或弄错各元件的相位关系。利用相量模型来分析计算交流电路,符合学生的认知规律,教学效果较好。现结合图4实例,正弦交流电路解析过程如下:
1.电路变量对应相量模型
正弦交流电路中的变量用相量表示,;元件参数用复阻抗表示,;通过转化表示,得出电路相量模型,可将其看作直流电路进行分析,如图5。
2.统一计算公式
正弦交流电路中,RLC混联后,可用电路相量复阻抗表示,利用统一公式分析计算,根据电路结构不同,复阻抗Z表达式不同,且需注意复数运算法则。
3.设置参考相量
通常复阻抗并联时,选择两端电压为参考相量,记为U∠0°,复阻抗串联时,选择其流经电流为参考相量,记为I∠0°,明确电容元件电流超前电压90°相位,电感元件电流滞后电压90°相位。
图5中,RLC整体并联连接,故设电压,,,,求电流表A0、A1读数。
所以,电流表A0读数为2A,A1读数为2A。
4.画出电路相量图
根据计算得出的电路变量的数值和相位关系,画出向量图,一般把设置的参考相量画在向右指向的水平轴,此题的相量图如图6所示。
总之,电工基础教学目标是提高学生对电工基础相关知识的认识、理解能力,使学生在学习和工作中具备一定的理论分析问题和实际解决问题的能力。教学过程中,详细全面的解析方法,对学生理解问题,掌握知识具有很大的促进作用,同时教师应根据学生实际的学习情况,恰当地做出调整,提高教学质量,达到理想的教学效果。
参考文献:
[1].王威力.例谈电工基础教学中学生综合职业能力的培养[J].职业,2015,(09).
[2].游子奇.电工基础课程中电路知识的教学研究[J].电子制作,2013,(08).
[3].李梅.电工基础教学方法探讨[J].科技经济市场,2010,(01).
[4].陆国和.电路与电工技术[M].北京:高等教育出版社,2010.
[5].白惠珍.电路理论基础[M].北京:机械工业出版社,2008.
(作者单位:天津中德职业技术学院)
关键词:电工基础;理解能力;分析问题;解决问题
电工基础不仅是电子、电气、信息、计算机类专业学生必修的课程,而且一些非电类学生在工作岗位中也需要具备一定的电工知识。电工基础在教学中是理实一体的课程,必备的电工理论基础是扎实电工操作技能的先提条件和根本依据。因此,结合电工基础教学实例,讲解电路解析方法,对于激发学生的学习热情,提高学生知识掌握效果,加强学生课堂学习效率具有一定的积极作用。
现结合本人在教学过程中,总结的有关直流电路和交流电路的典型实例,分别讲述如下解析方法。
一、混联电阻等效电路
电路中电阻的连接方式多种多样,除了常用的比较简单的电阻串联与并联电路之外,电路分析常见的是较为复杂的电阻混联电路。然而,混联电路通常都可以经过等效变换,得出一个等效电阻R。
如图1,所有电阻值均为5Ω,对于此图导线有交叉,、较为复杂的混联电路,可按照如下步骤解析:
1.将电路中有分支的连接点用字母或数字编号,如图中a、b、c、d;
2.如短路线上存在两个或多个点,可采用将短路线无限延伸或缩短方式将其连接为同一点(图1中c、d重合);
3.观察电路元件连接关系,改变电路元件在电路图中位置,以直观电路图形式进行等效求解。电路图1改画后如图2所示,因此,可以直观地看出Rab为:
二、结合电路基本定律计算电源功率
根据某一元件两端电压U和流经电流I是否为关联参考方向,功率求解公式分为:P=UI(关联参考方向),P=-UI(非关联参考方向)。在应用过程中,若结合电路基本定律求解电源元件功率,学生存在问题较多,结合图3电路,进行讲解。
如图3电路图所示Us=12V,Is=2A,R=3Ω,求解电压源Us和电流源Is的功率。解析方法如下:
1.求解Us和Is的电压和电流值
首先,Us、R、Is串联形成闭合回路,此回路电流值即为Is的值;其次,根据欧姆定律U=RI可知,R两端电压为6V;然后,根据基尔霍夫电压定律,此闭合回路三个元件电压代数和为0,可计算出Is两端电压。
2.判断参考方向
当参考电流从电压的“+”极性端流向“-”极性端,称其为关联参考方向,反之称其为非关联参考方向。由图3可知,电压源功率由P=UI(关联参考方向),电流源由P=-UI(非关联参考方向)计算。同样,可以根据电功率守恒,得出电流源功率。
3.判断元件是吸收功率还是发出功率
计算时,无论选择P=UI还是P=-UI,只要计算结果P>0,则该元件吸收功率,消耗电能,是负载;若P<0,则该元件发出功率,提供电能,是电源。
三、正弦交流电路相量模型
按正弦规律作周期性变化的交变电路,称为正弦交流电。区别于直流电路,在正弦交流电路中,各个物理量之间既存在数值关系,又存在相位关系。在RLC组合连接的电路中,学生经常忽略或弄错各元件的相位关系。利用相量模型来分析计算交流电路,符合学生的认知规律,教学效果较好。现结合图4实例,正弦交流电路解析过程如下:
1.电路变量对应相量模型
正弦交流电路中的变量用相量表示,;元件参数用复阻抗表示,;通过转化表示,得出电路相量模型,可将其看作直流电路进行分析,如图5。
2.统一计算公式
正弦交流电路中,RLC混联后,可用电路相量复阻抗表示,利用统一公式分析计算,根据电路结构不同,复阻抗Z表达式不同,且需注意复数运算法则。
3.设置参考相量
通常复阻抗并联时,选择两端电压为参考相量,记为U∠0°,复阻抗串联时,选择其流经电流为参考相量,记为I∠0°,明确电容元件电流超前电压90°相位,电感元件电流滞后电压90°相位。
图5中,RLC整体并联连接,故设电压,,,,求电流表A0、A1读数。
所以,电流表A0读数为2A,A1读数为2A。
4.画出电路相量图
根据计算得出的电路变量的数值和相位关系,画出向量图,一般把设置的参考相量画在向右指向的水平轴,此题的相量图如图6所示。
总之,电工基础教学目标是提高学生对电工基础相关知识的认识、理解能力,使学生在学习和工作中具备一定的理论分析问题和实际解决问题的能力。教学过程中,详细全面的解析方法,对学生理解问题,掌握知识具有很大的促进作用,同时教师应根据学生实际的学习情况,恰当地做出调整,提高教学质量,达到理想的教学效果。
参考文献:
[1].王威力.例谈电工基础教学中学生综合职业能力的培养[J].职业,2015,(09).
[2].游子奇.电工基础课程中电路知识的教学研究[J].电子制作,2013,(08).
[3].李梅.电工基础教学方法探讨[J].科技经济市场,2010,(01).
[4].陆国和.电路与电工技术[M].北京:高等教育出版社,2010.
[5].白惠珍.电路理论基础[M].北京:机械工业出版社,2008.
(作者单位:天津中德职业技术学院)