交变电流上课用21

1、第二章第二章交变电流交变电流 2.1交变电流一、交变电流一、交变电流1、直直流电流电流流(DC)方向不随时间变化的电流方向不随时间变化的电流2、交交变电变电流流(AC)二、交变电流的产生二、交变电流的产生交流发电机模型交流发电机模型1 1、线圈在匀强磁场中绕垂直于、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动磁场的轴匀速转动2 2、过程分析、过程分析将立体图转化为平面图将立体图转化为平面图判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSBS最大最大E=0=0I=0=0中性面中性面垂直磁场方向的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面中性面。线圈经过线圈经过中性面中性面时

2、，时，最大最大，但线圈中的但线圈中的电动势为零电动势为零判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSNSBS=0=0E E最大最大I I最大最大感应电流方向感应电流方向a a到到b b线圈与磁场平行时，线圈与磁场平行时，最小最小，但线圈中的但线圈中的电动势最大电动势最大BS最大最大/ E=0 I=0中性面中性面BS=0VBE、I最大最大感应电流方向感应电流方向b到到a思考与讨论思考与讨论线圈转动一周，线圈转动一周，多少次经过中性面多少次经过中性面? ?电流方向改变多少次电流方向改变多少次? ?.a(b)a(b)c(d)c(d)O O 1.中性面中性面：垂直磁

3、场方向的平面垂直磁场方向的平面（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大=BS，但，但/t =0最小最小，（，（ ab和和cd边都不切边都不切割磁感线），线圈中的感应割磁感线），线圈中的感应电动势为零电动势为零（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两两次次2.线圈平行与磁感线时，线圈平行与磁感线时，=0,/t最大最大，感应感应电动势最大电动势最大。从上面的观察知道，交流电的电流强度与产生交流电的线圈位置从上面的观察知道，交流电的电流强

4、度与产生交流电的线圈位置有关。那么电流强度与线圈位置之间有什么关系呢？有关。那么电流强度与线圈位置之间有什么关系呢？当线圈转到其它任意位置时，产生的瞬时电动势又如何呢？当线圈转到其它任意位置时，产生的瞬时电动势又如何呢？v1v2从中性面开始，线框转过的角度为从中性面开始，线框转过的角度为t 将将v分解分解 v1vsimt v1B v2vcost v2B eabBlvsint ab ecdBlvsint cd 即线框中感应电动势即线框中感应电动势e2Blvsint abcd这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流式电流中性面中性面开始计时：开始计时： e= N2

5、Blvsint =Em sint NBS sin2ft电动势随时间按正弦规律变化。电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面开始计时：垂直于中性面开始计时： e=Em cost 电流的瞬时值：电流的瞬时值：电压的瞬时值：电压的瞬时值：eR总总EmR总总eR总总i= = sint =Im sint u=iR = Im Rsint =Um sint Em=NBS交流电变化的规律交流电变化的规律三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 以线圈经过中性面开始计时，切割边以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边，另一边L2,推导任意时刻推导任意时刻t线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势tvNBLe

6、sin2122Lv又tLLNBesin2121LLNBEm令=NBS则有 tEemsine为电动势在时刻为电动势在时刻t的瞬时值，的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）为电动势的最大值（峰值）NBS1、电动势按正弦规律变化、电动势按正弦规律变化maxnB SEtEemsintIimsin2 2、电流按正弦规律变化、电流按正弦规律变化 tUumsin.RIUiRumm，3 3、电压按正弦规律变化、电压按正弦规律变化 电流电流i通过通过R时：时： 成立条件：成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时四、交流电的图像四、交流电的图像 0tEm-Emei0Im-

7、Imt五、交变电流的种类五、交变电流的种类(1)(1)正弦交流电正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲课堂练习课堂练习 、交变电流：、交变电流：和和 都随时间做都随时间做 的电流叫的电流叫做交变电流电压和电流随时间按做交变电流电压和电流随时间按变化的交流电叫正弦交流电变化的交流电叫正弦交流电 、交流电的产生：矩形线圈在匀、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生转时，线圈中就产生 、当线圈

8、平面垂直于磁感线时，、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，感应电流方向改变动一周，感应电流方向改变、线圈从中性面开始转动，角速度是、线圈从中性面开始转动，角速度是，线圈中的感应电动势的峰值是线圈中的感应电动势的峰值是Em，那么在，那么在任一时刻任一时刻t感应电动势的瞬时感应电动势的瞬时值值e为为若电路总电阻为若电路总电阻为，则感应电流的瞬，则感应电流的瞬时值时值为

9、为 0Em -Emt六、交流发电机六、交流发电机1、组成：、组成：转子转子线圈线圈，定子，定子线圈线圈 用来产生感应电动势的线圈（电枢）用来产生感应电动势的线圈（电枢） 用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极的线圈的线圈 2、种类、种类 旋转电枢式发电机旋转电枢式发电机 旋转磁极式发电机旋转磁极式发电机、交流发电机有两种，即、交流发电机有两种，即、 其中转动的部分叫其中转动的部分叫，不动的部分叫，不动的部分叫发电机发电机转子是由转子是由、或或其它动力机带动其它动力机带动旋转磁极式旋转磁极式旋转电枢式旋转电枢式转子转子定子定子水轮机水轮机蒸汽轮机蒸汽轮机6、一矩形线圈、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场

10、并位于线绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势线圈中的感应电动势e随时随时间间t的变化如图所示的变化如图所示,下面说法中正确的是下面说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零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时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大D.每当每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小对值最小et0t1t2t3t4Em-EmC 4、 一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电

11、动势的最大值为的最大值为311V，线圈在磁场中转动的角速度，线圈在磁场中转动的角速度100rad/s。 （1）写出感应电动势的瞬时值表达式。）写出感应电动势的瞬时值表达式。 （2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的路的 总电阻为总电阻为100，试写出通过负载的电流强度的瞬，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在时表达式，在t=1/120s时电流强度的瞬时值为多少？时电流强度的瞬时值为多少？（3）线圈从中性面转过）线圈从中性面转过180度的过程中，电动势的最度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？大值、平均值分别是多少？（4）转动过

12、程中磁通量的变化率最大值是多少？）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？答案（1）e=311Sin100t （2）I=3.11Sin（100*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V（4）/t=311/N（Wb/s）5.1交变电流交变电流 小结小结1 1、知道交变电流知道交变电流定义定义（ACAC）：）：大小和方向都随时间作周期性变化大小和方向都随时间作周期性变化的电流。方向不随时间变化的电流为的电流。方向不随时间变化的电流为直流电直流电（DCDC）。）。辨析电流图辨析电流图。2 2、理解交变电流产生的理解交变电流产生的过程过程：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。 垂直磁场方向的平面叫做垂直磁场方向的平面叫做中性面。中性面。 （重点）（重点）3 3、推导和理解交变电流的推导和理解交变电流的变化规律变化规律：（重难点）（重难点）（1）方向变化规律方向变化规律-线圈平面每经过线圈平面每经过中性面中性面一次，感应电流的一次，感应电流的方向就改变方向就改变一次；线圈转动一次；线圈转动一周一周，感应电流的方向改变，感应电流的方向改变两次两次。 最大最大，/t =0最小，感应电动势最小最小，感应电动势最小E=