32_交变电流是怎样产生的.ppt

3.2交变电流是怎样产生的,一、交流发电机,用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）,用来产生磁场的磁极,（基本组成）,（基本种类）,旋转电枢式发电机(图a),旋转磁极式发电机(图b),(无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。),区别：前者，感应电动势不能很高；后者，能克服上述缺点，提供很高的电压。,二、交变电流的产生原理,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次1交变电流：大小和方向都随时间作周期变化的电流，叫做交变电流，简称交流2闭合的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生交变电流，但这不是产生交流的唯一方式（如:旋转磁极式发电机）,二、交变电流的产生原理,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,b,c,d,为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.,特点:BS，最大，E=0,I=0中性面,没有边切割磁感应线,特点:BS，=0，E最大，I最大，感应电流方向d-c-b-a-d,(乙),a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，,a,b,c,d,特点:BS，最大，E=0,I=0中性面,没有边切割磁感应线,特点:BS，=0，E最大，I最大，感应电流方向a-b-c-d-a,a（b）、d（c）边垂直切割磁感应线，,开始新的周期,设正方形线圈的边长为L，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的对称轴以角速度匀速转动，如图所示，ab和cd边垂直于纸面，转轴为O,1、线圈转动一周，电流方向改变多少次？2、线圈转到什么位置时磁通量最大？这时感应电动势是最大还是最小？3、线圈转到什么位置时磁通量最小？这时感应电动势是最大还是最小？,回答问题：,4、试推导感应电动势大小的变化规律公式。,1中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（ab和cd边都不切割磁感线），线圈中的电动势为零（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,三交变电流的变化规律(数学表达式)以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）,所以,当t=/2时,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,成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,（1）电动势按正弦规律变化,（2）电流按正弦规律变化,（3）电路上的电压按正弦规律变化,电流通过R时：,(正弦交变电流的图象),交变电流的变化规律,如果以时间t为横坐标，以电流i或电压u为纵坐标，把电流或电压变化的规律用曲线画出来，会得到下图所示的正弦曲线。,按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流。简称正弦式电流。它是一种最简单、最基本的交变电流。我国家庭电路中的交变电流就是正弦交变电流,小结：,1、交流发电机有两种，即和其中转动的部分叫，不动的部分叫。,2、正弦交变电流的变化规律：（1）方向变化规律-当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变,（2）大小变化规律-按正弦规律变化：e=EmsintEm=NBS叫电动势的最大值i=ImsintIm=Em/R叫电流的最大值u=UmsintUm=ImR叫电压的最大值,中性面,两次,旋转磁极式,旋转电枢式,转子,定子,例题:一矩形线圈，面积为s，匝数为N，在场强为B的匀强磁场中绕着中轴oo做匀速转动，角速度为，磁场方向与转轴垂直，当线圈转到中性面开始计时，求（1）线圈中感应电动势的最大值？（2）线圈中感应电动势随时间变化的表达式？（3）若线圈中的电阻为R，则线圈中的电流的最大值为多少？（4）线圈中的电流瞬时表达式？,1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是，属于正弦交变电流的是。,A,B,C,D,ABD,A,D,3一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是()：,T1时刻通过线圈的磁通量为零；T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。,答案：D,D,4.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。,5.如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为，求线圈从图示位置转过180度时间内的平均感应电动势。,一、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。,角频率：线圈在磁场中转动的角速度,2、频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数。,物理意义：表示交流电变化的快慢,3、关系：,一个周期内电流方向改变两次。,1、我国生产和生活用交流电的周期T=_s，频率f=_Hz，角速度=_rad/s，在1s内电流的方向变化_次。,0.02,50,100,100,课堂练习,2、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为(),A400V,0.02sB200V,0.02sC400V,0.08sD200V,0.08s,B,3、如图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。,Im20A,100rad/s.,电流的瞬时表达式为i20sin100t(A),T0.02s,什么是交变电流的峰值（Em，Im，Um）？,0.02,0.01,二、峰值和有效值,1、峰值：电流或电压所能达到的最大值。,电容器的耐压值,由于交变电流的大小和方向随时间变化，它产生的效果也随时间变化，在实际中我们常常不研究它的瞬时效果，而是只要知道交变电流在某段时间内的平均效果就可以了。,那么我们怎样来衡量交变电流的平均效果呢？请看下面的思考与讨论,2、瞬时值：e、i、u,3.有效值定义：,根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。,4.正弦交流电的有效值与最大值的关系：,E、U、I,二、峰值和有效值,说明：,A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；,B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；,C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值,D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值,平均值：,2、求通过某导体截面的电量一定要用平均值。,注意：峰值（最大值）、有效值、平均值在应用上的区别。,1、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。,4、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，该电路中保险丝的额定电流不能低于_A。,200,200,2,0.25,200,u/v,t/s,课堂练习,5、图中两交变电流通过相同的电阻R。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在R上产生的功率之比。,（2）P甲:P乙I12R:I22R（I1I2）21:2,6.如图表示一交流的电流随时间变化的图像,求该电流的有效值。,小结,3、最大值（峰值）：EmUmm,4、瞬时值：uie,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。,5、有效值：EUI,（1）