分類比較法在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

夏 燦

（馬鞍山師范高等專科學(xué)校，安徽 馬鞍山 243000）

分類比較法在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

夏 燦

（馬鞍山師范高等?？茖W(xué)校，安徽 馬鞍山 243000）

文章通過分類比較法介紹了5種直流電路分析方法。此外，本文還分別對直流電路和正弦交流電路中出現(xiàn)的網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法的應(yīng)用進(jìn)行分類比較，幫助學(xué)生加深認(rèn)識(shí)。通過實(shí)例，強(qiáng)調(diào)分類比較法在電工基礎(chǔ)的教學(xué)中重要性。

電路分析；分類比較法；混淆

教師在《電工基礎(chǔ)》的理論教學(xué)中，將多次講解電路的分析方法，如：網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法、疊加定理等，這些方法有的僅適用于直流電路[1]分析，有的既能用于直流電路，又能用于正弦交流電路，且解題過程相似，這對于初次接觸電工基礎(chǔ)的學(xué)生來說，理解有一定的難度，在實(shí)踐中很難自如地應(yīng)用。如何為高校、高專學(xué)生深入淺出地講授電路的各種分析方法，是任課教師面臨和亟待解決的課題。本人多年從事《電工基礎(chǔ)》的教學(xué)，對此有頗多思考和心得，本文就此分列出來，與同行教師做一交流。

在求解簡單電路時(shí)，支路電流法與網(wǎng)孔電流法差別不大，如例1。例1：如圖1所示，已知R1=2Ω，R2=6Ω，R3=3Ω，US1=8V,US2=6V,US3=9V，求各支路電流。

解：各支路電流和回路的參考方向如圖所示，取a為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，

-I1+I2+I3=0

R1I1+R3I3=US1-US3

R2I2-R3I3=US3+US2

求解得 I1=1A，I2=2A，I3=-1A

節(jié)點(diǎn)電壓法首先需選準(zhǔn)、確定參考節(jié)點(diǎn)，再判斷電路中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)n，只需列寫（n-1）個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓方程，求解即可。

例2：電路如圖2所示，已知R1=3Ω,R2=6 Ω,R3=9Ω,R4=18Ω,IS1=4A,US2=81V,試用節(jié)點(diǎn)電壓法求各支路電流。

圖1

圖2

解：設(shè)以節(jié)點(diǎn)0為參考節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2到參考節(jié)點(diǎn)的電壓分別為U1和U2，列出節(jié)點(diǎn)方程為

解得 U1=15V,U2=21V.

支路電流為：

以上三種方法，通過教學(xué)實(shí)踐，本人認(rèn)為：節(jié)點(diǎn)電壓法具有簡潔明快，列寫的方程少，差錯(cuò)率低，列寫方程，可套用公式，學(xué)生接受程度較高等特點(diǎn)和優(yōu)勢，當(dāng)屬首選方法。

疊加原理其原理是支路電流或電壓等于每個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)（此時(shí)假定其他電源不作用），所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和，即可將電路進(jìn)行簡化，電路中有n個(gè)電源，則可將電路分為n種簡單電路，根據(jù)基爾霍夫電流定律、電壓定律，列出求解各支路電流、電壓，再根據(jù)電流、電壓的方向確定正負(fù)，疊加而成。疊加原理相比于其他方法，具有列式簡單，過程清楚等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性，適用于線性電路，或是電路中有多個(gè)電源的支路電流、電壓的計(jì)算，且不能計(jì)算功率。

戴維南定理在解題時(shí)，將線性含源電路進(jìn)行簡化，簡化成為一個(gè)理想電壓源和電阻的串聯(lián)，電路簡化后，直接求解支路電流、電壓。使用戴維南定理解題時(shí)，如何將電路簡化？這既是本內(nèi)容中的重點(diǎn)，也是不易理解的難點(diǎn)。在簡化的過程中，可運(yùn)用疊加原理，分析、求解出開路電壓Uoc、戴維南等效電阻Req。

諾頓定理與戴維南定理相似，是將線性含源電路簡化為一個(gè)理想電流源（短路電流Isc）和電阻（Req）的并聯(lián)，簡化方法與戴維南定理相同，如圖3所示。

圖3

分析五種求解直流電路的方法，各有優(yōu)劣，在《直流電路分析》一章中，教師應(yīng)用分類比較法這一教學(xué)方法，能夠避免了多種分析方法的混淆，學(xué)生通過進(jìn)一步理解、分析、記憶等思維過程，可以加深五種方法的認(rèn)知程度且能自如地運(yùn)用。同樣，類比法還適用于《正弦交流電路》的教學(xué)，如《正弦交流電路的相量分析法》的內(nèi)容里。網(wǎng)孔電流法在直流電路和交流電路中，都是要先規(guī)定網(wǎng)孔電流的參考方向，再利用基爾霍夫電流、電壓定律來求解，如例3。節(jié)點(diǎn)電壓法在直流電路和交流電路中，都是要先規(guī)定某點(diǎn)的電位為0，再利用基爾霍夫電流、電壓定律來求解的。不同的是網(wǎng)孔電流法和節(jié)點(diǎn)電壓法在交流電路中，用的都是基爾霍夫電壓定律的相量形式，各量是復(fù)數(shù)，如復(fù)阻抗、復(fù)導(dǎo)納等，所有正弦量，均用相量表示。

例3：如圖4所示，用網(wǎng)孔電流法求各支路電流。其中，，R=5Ω，XL=5Ω，XC=2Ω.

解：列出各支路電流、網(wǎng)孔電流如圖所示，選定繞行方向和網(wǎng)孔電流參考方向一致。網(wǎng)孔方程

圖4

整理得

各支路的電流為

綜上所述，類比法在《電工基礎(chǔ)》的教學(xué)中，應(yīng)用廣泛，形式多樣，既能用于直流電路，又能用于正弦交流電路；既能用于同一電路的多種方法的講解，又能用于同一方法不同電路的分析。教師在應(yīng)用類比法的講解過程中，同時(shí)，再輔以ppt、圖表等手段，將各種方法或不同電路展現(xiàn)、剖解給學(xué)生，以期能留下直觀、深刻的印象。

[1] 孟艷花. “電工電子”課程中直流電路分析方法詮釋與總結(jié)[J].中國電力教育，2013,(2)：61-62.

[2]付春平.節(jié)點(diǎn)電壓法的教學(xué)探討[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,(3)：91-93.

The application of classification and comparison in the teaching of Electrical Engineering

XIA Can
(Ma’anshan Teacher’s College, Ma'anshan Anhui 243000)

Five methods of DC circuit analysis are introduced by classifying and comparing method in the article. In addition application of Meshes current method and Node voltage method is classified and compared in DC and AC circuit, which help student comprehended deeply. Importance of classifying and comparing method is emphasized in teaching electrician foundation by example.

Circuit analysis; Classification comparison method; Confusion

G42

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.05.165

1672–7304(2016)05–0333–02

安徽省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2015A436）。

（責(zé)任編輯：張時(shí)瑋）

夏燦（1979-），女，安徽馬鞍山人，副教授，研究方向：電磁場與微波技術(shù)。