中職教學正弦交流電“六個三”內容探討

　　摘 要： 正弦交流電內容是中等職業學校專業基礎課《電工學》和《電工基礎》兩門課程的重要章節，它不但在課程中起著承前啟后的作用，而且是機械、電工、電子及其他相關專業的基礎，是考試的主要內容，因此也是教授和復習的主要內容。如何讓學生系統地熟練掌握正弦交流電的內容值得每一位專業教師思考總結。多年來的教學實踐表明，以正弦交流電的“六個三”為中心進行復習指導不失為是一種很好的復習總結方法。
　　關鍵詞： 中職教學 正弦交流電 “六個三”
　　
　　正弦交流電的“六個三”是指“三要素、三種表示法、三個單一元件電路、三個功率、三個三角形運算法則和三相交流電”等六個方面的教學內容，將正弦交流電幾個章節的所有內容都系統歸納進來。正弦交流電的“六個三”在新課教授時因為要注意教材的整體章節的布局和新課進度，所以不能很好地進行系統“六個三”的教學，但在正弦交流電的內容復習時，卻是最好的系統總結正弦交流電的方法，或是在實際教學中使用校本教材或自編教材時，可以根據正弦交流電的“六個三”謀篇布局，編寫教材進行教學。
　　一、正弦交流電三要素
　　正弦交流電三要素是指最大值Em、角頻率ω、初相位φ，可以通俗地說成“幅值、頻率、初相”。
　　1．最大值Em
　　最大值Em是正弦交流電變化時對應正負幅值最大的電動勢。
　　使用常見電壓表進行交流電測量時，得到的通常是有效值，那么有效值和最大值之間的關系可得有效值E=Em/，由此引出交流電的有效值定義，以及正弦交流電電壓、電流為什么不能取平均值，而是使用有效值，也引出了交流電的瞬時值e的概念等。
　　2．角頻率ω
　　頻率表示的是正弦交流電在一秒內周期性變化的次數，由此可得周期和頻率的定義和數值大小關系，以及若以2π一個圓周為一個周期，可得到頻率和角頻率的關系。
　　由角頻率ω可得頻率f=ω/2π，周期T=1/f等。
　　3．初相位φ
　　由初相位φ可知交流電的瞬時值e的含義，知道了相位超前和滯后，為相位比較做好鋪墊。
　　教學時要注意各量大小寫字母的含義及下標和國際單位制。
　　二、正弦交流電三種表示法
　　正弦交流電三種表示法是指解析式法、曲線法、矢量法。
　　1．解析式法
　　解析式法用函數表達式說明瞬時值的變化，在表達式中直觀地出現了三要素，通過函數變量t的變化知道了正弦交流電隨著時間的變化規律：
　　e=Emsin（ωt+φ）
　　2．曲線法
　　曲線法用波形圖形象地表達出大小隨時間變化的規律，如圖1所示，用坐標可標出三要素和直接比較多個曲線的相位。
　　3．矢量法
　　矢量法是旋轉矢量的簡圖，如圖2所示，在矢量圖上可以直觀標出正弦交流電的有效值和初相位，可方便地進行矢量加減運算和定性分析正弦交流電。
　　三、正弦交流電三個單一元件電路
　　純電阻電路、純電電容電路、純電感電路等是正弦交流電的三個單一元件電路，這是正弦交流電的重要內容。
　　教授過程注意三個電路的聯系和區別，主要有電壓電流的大小關系、相位關系、頻率關系及功率計算等，說明電壓電流的大小關系和相位有關，說清有功功率和無功功律的概念，重點指出直流電路的運算法則符合交流電路矢量的運算、可應用直流電路的公式直接進行功率計算等。
　　在分析三個電路的電壓電流相位關系時，注重相位一致、相位超前90°、相位滯后90°的總結，如圖3所示。
　　四、正弦交流電三個功率
　　有功功率P、無功功律Q、視在功率S是交流電路實際應用的重要功率參數。
　　電阻負載消耗的功率是有功功率，其定義是交流電的平均功率。
　　容性、感性負載和電源之間相互交換的功率為無功功律，在理想純性狀態下沒有功率損耗。
　　電源所提供的有功功率、無功功律的總功率稱視在功率，三者之間滿足，而不是簡單的S=P+Q，原因在于正弦交流電路的電壓電流不同相位。
　　為了提高電源利用率和降低電路損耗必須提高有功功率，引出功率因數cosα的概念，從而導出提高功率因數的措施和功率因數的計算。
　　五、正弦交流電三個三角形運算法則
　　阻抗三角形、功率三角形、電壓矢量三角形等三個三角形是簡單R-L串聯電路（如圖4所示）分析計算的最直觀、方便、有效的方法。
　　R-L串聯電路是正弦交流電感性負載的簡化形式，電路不再是純電感電路，而是考慮到電感的電阻值的存在。所以電路的電壓電流相位關系是電流滯后電壓，但要小于90°，如圖5所示。
　　各量的大小關系及電壓電流的相位差a，可以快速用R/Z，P/S，UR/U計算出功率因數cosa，更好地理解了P=UIcosa。
　　六、正弦三相交流電
　　理解三相正弦交流電相差120°的含義，對于三相的波形就好理解了。
　　三相正弦交流電有對稱負載三相三線制和不對稱負載三相四線制兩種接線方式，負載有星型和三角形兩種連接方式，不同連接方式其線電壓和相電壓、線電流和相電流有一個倍的關系要分清。
　　三相功率計算也有倍和3倍的不同，以及cosa是哪兩個量的相位差等要指出要講清楚。
　　正弦交流電的“六個三”內容，是對正弦交流電的主要內容進行系統的概括，在實際教學過程中要根據專業的不同有所側重，并注意相關輔助知識的補充。
　　注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”