5.1《交变电流》共47页 ppt课件

5 1 交变电流 1 直流电流 DC 方向不随时间变化的电流 2 交变电流 AC 大小和方向都随时间做周期性变化的电流 一 交变电流的概念 交变电流是如何产生的呢 交流发电机模型 二 交变电流的产生 1 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 二 交变电流的产生 2 过程分析 1 在线圈转动的过程中 那些边会产生感应电动势 ab边cd边 2 怎样将立体图转化为平面图 将立体图转化为平面图 3 在线圈由甲转到乙的过程中 AB边中电流向哪个方向流动 丙转到丁呢 4 线圈转到什么位置 电流最小 没有电流 线圈转到什么位置 电流最大 由a b 由b a B S 最大 E 0 I 0 中性面 垂直磁场方向的平面叫做中性面 线圈经过中性面时 最大 但线圈中的电动势为零 2 过程分析 V B B S 0 E最大 I最大 感应电流方向a到b 线圈与磁场平行时 最小 但线圈中的电动势最大 V B B S 最大 E 0 I 0 中性面 B S 0 E I最大 感应电流方向b到a V B V B 线圈转动一周 多少次经过中性面 电流方向改变多少次 思考与讨论 1 中性面 垂直磁场方向的平面 1 线圈经过中性面时 穿过线圈的磁通量最大 BS 但 t 0最小 ab和cd边都不切割磁感线 线圈中的感应电动势为零 2 线圈经过中性面时 电流将改变方向 线圈转动一周 两次经过中性面 电流方向改变两次 2 线圈与磁感线平行时 0 t最大 感应电动势最大 以线圈经过中性面开始计时 切割边L1 另一边L2 推导任意时刻t线圈中的感应电动势 演示 令 则有 e为电动势在时刻t的瞬时值 Em为电动势的最大值 峰值 NBS NBS 三 交变电流的变化规律 1 电动势按正弦规律变化 2 电流按正弦规律变化 3 电压按正弦规律变化 电流i通过R时 成立条件 转轴垂直匀强磁场 经中性面时开始计时 四 交流电的图像 作图时规定感应电动势正方向为abcda Em nBs 五 交流发电机 转子 定子 1 组成 用来产生感应电动势的线圈 叫电枢 用来产生磁场的磁极2 种类 旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机转动的部分叫转子 不动的部分叫定子 1 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示 下面说法中正确的是A t1时刻通过线圈的磁通量为零B t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量绝对值最小 C 2 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 设线圈ab边长为20cm ad边长为10cm 磁感应强度B 0 01T 线圈的转速n 50r s 求 电动势的最大值及对应的线圈位置 0 0628V线圈平面与磁场方向平行 3 一台发电机在产生正弦式电流 如果发电机电动势的峰值为Em 400V 线圈匀速转动的角速度为 314rad s 试写出电动势瞬时值的表达式 如果这个发电机的外电路只有电阻元件 总电阻为2000 电路中电流的峰值是多少 写出电流瞬时值的表达式 e EmsinWt 400sin314t 解 电动势瞬时值的表达式为 电流峰值为 Im Em R 400 2000 0 2A 电流瞬时值的表达式为 i ImsinWt 0 2sin314t 交变电流的描述 常用物理量 1 周期和频率 1 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间 2 频率 一秒内完成周期性变化的次数 3 关系 周期和频率常用来描述交流电变化的快慢 一个周期内电流方向改变两次 如图所示为某正弦交流电流的图像 求其峰值 周期和角速度 并写出该电流的瞬时值表达式 Im 20A 100 rad s 电流的瞬时表达式为i 20sin100 t T 0 02s 课堂练习 思考与讨论 某交变电流波形如图所示 现将其通入一阻值R 1 的电阻中 求 1 通电1s的时间内电阻R中产生的热量 2 若有一大小 方向均不随时间变化的恒定电流通过该电阻 要在1s内产生同样的热 其电流的值应为多大 交变电流的描述 常用物理量 有效值一般用来计算交流电做功问题 2 有效值 EIU 根据电流的热效应来规定 让交变电流和恒定电流通过相同阻值的电阻 如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等 就把描述这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值 1 定义 2 正弦交流电的有效值与最大值的关系 只适用于正弦交流电 3 说明 a 交流用电器铭牌上所标的的额定电压和额定电流指的是有效值 电容器除外 电容器铭牌上标注的击穿电压应为最大值 b 交流电流表和交流电压表的读数是有效值 c 对于交流电若没有特殊说明的均指有效值 交变电流的描述 常用物理量 3 有效值 EIU 4 有效值与平均值 b 平均值只表示某段时间内交变电流的平均大小 只有在计算流过导体横截面的电荷量时才用平均值 交变电流的描述 常用物理量 4 有效值 EIU a 有效值是从电流做功的角度来进行定义的 凡是涉及到功 功率或电热的计算均用有效值 平均值 u甲 Emsin t u乙 Emsin t 1 正弦符号sin后面的量 t 叫做交变电流的相位 其中 是t 0时的相位 叫做交变电流的初相位 三 相位 2 两支交流的相位之差叫做它们的相位差 例如两支交流电 u1 Emsin t 1 u2 Emsin t 2 它们的频率相同 但初相位不同 它们的相位差 t 2 t 1 2 1 是一个常量 等于两个初相之差 不随时间变化 可以说 这两支交变电流的变化规律是相同的 只是步调不同 三 相位 3 不同的交流发电机向同一电网供电 相位差必须为零 否则 会使输电效率降低 甚至损坏输电设备 例7 下图所示的三支交变电流 峰值相同的是 相位相同的是 周期相同的是 A B B C A B C 某交流电压随时间的变化规律如图所示 则此交流电的频率是 Hz 若将该电压加在10uF的电容器上 则电容器的耐压值不应小于 V 若将该电压加在一阻值为1K 的纯电阻用电器上 用电器恰能正常工作 为避免意外事故的发生 该电路中保险丝