应用实例提高“电工电子学”课程的教学效果

2012-08-23贺利

电气电子教学学报 2012年5期

贺利

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东青岛 266555)

“电工电子学”课程通常以理论学习为主，对于大部分理论内容，学生的感觉就是分析和计算，对于所学内容在实际中的运用缺乏感性认识，而实验课由于学时有限，只能选取大纲中的重点内容和典型电路让学生动手操作，且实际动手时间少。我们认为，学生实践能力的提高不要局限于实验课上动手操作，还可以在理论课上以实例的方式同时实施。

1 教学案例1—基尔霍夫定律

1)实例内容

假如你是一项工程的主管，下级工程师提供的电路接线图如图1所示，相关的数据列于表1。由于该接线图没有通过功率检查，你需要判定:①接线图上各元件的参数标示和对应表1的数据，其判断是否正确?②你能否发现数据中的错误?

2)解决思路

我们首先应计算一下每个元件的功率，看整个电路的功率是否平衡。在计算元件吸收功率之前，首先根据元件的电压电流的参考方向确定采用公式P=UI，还是P=-UI。然后，将所有功率相加，如果∑P=0，则下级的判断是错误的，如果∑P≠0，则下级的判断是正确的。我们通过计算后，发现∑P=-112.896W，可见下级的判断是正确的。

再对流过各结点的电流检查是否满足基尔霍夫电流定律。通过检查发现流过结点2和4的电流不满足该定律。ie同时流过结点2和4，问题可能出在这里。将ie的数据改为-1.68A，再检查，各结点均满足基尔霍夫电流定律;再计算∑P，得到∑P=0，可见满足功率平衡。

图1 电路接线图

表1 接线图数据

2 教学案例2—相量图

在正弦交流电路一章中相量和相量图是两个重要的概念。学生掌握这两个概念就是用来正确分析正弦交流电路。为了让学生对这部分知识有较深刻的理解和兴趣，在讲完该章后，给学生举一个如何应用相量图来判断电能表接线是否正确的例子。

1)准备知识

因为学生对感应式电能表不了解，所以要求学生先在课外自学有关电能表的组成、工作原理等知识。教师可以提前准备好有关这方面的资料，发给学生。

单相电能表和三相三线电能表的电路符号分别如图2所示。在电路符号中，黑点表示电压线圈和电流线圈的同名端。

图2 单相电能表和三相三线电能表的电路符号

单相有功电能表计量出的功率为

式中，P'为电能表计量出的功率值;U和I为电能表所测到的电压和电流的有效值;φ'为电能表所测得的电压和电流相量的夹角。

如果电能表所计量的电压、电流相量的夹角φ'与负载的阻抗角φ相等，那么电能表所计量的有功功率就是负载实际消耗的有功功率。如果二者有偏差，那么电能表所计量的有功功率与实际消耗的有功功率有出入，这种出入在现实生活中，就有可能造成供电部门与用户之间的矛盾。

三相三线电能表计量出的功率为

式中，P'1和P'2分别为每个电磁元件计量的功率，算法同式(1)。

2)实例分析

在利用相量图分析电能表接法是否正确时，应遵守这个原则:如果电压或电流的参考正方向从电能表的同名端加入，则认为电能表所加的是正向电压或电流。反之，如果电压或电流的参考正方向从电能表的反极性端加入，则认为电能表所加的是反向电压或电流［1］。

依据上述原则判断出电能表各元件所加的电压和电流，画出电压和电流的相量图，根据相量图写出电能表计量的功率表达式，最后判断电能表的接法是否正确。

图3 实例A的图

(1)实例A:单相电能表的接法如图3(a)所示，试问该电能表能否正确计量?

我们通过分析表明，在该接线图中电流从电流线圈的反极性端流入，因此流过电流线圈的电流为-，电压线圈承受的电压为。该接法所对应的相量图如图3(b)中的粗黑线所示，可见电能表所计量的电压和电流相量的夹角φ'=180o－φ。则为P'=UIcos(180o－φ)=-UIcosφ。由上式可知，按此种接法，电能表将会不正常地反转。

(2)实例B:教材［2］在讲三相功率测量时，采用两表法测量，其连接如图4(a)所示，并给出了证明。下面我们用相量图来说明这种连接是正确的。假设对称三相负载为星形连接，阻抗角为φ。负载三角形接法所得结论一致。给出接法是为了具体画相量图。