电的基本理论.ppt

1、電的基本理論,e-,e+,起電裝置兩端之間有電位差(電壓)，中間就會有場，以導線連接兩端後，電荷受電場影響，就會產生流動。 要使電流不間斷，就要有能源將維持電位差。 電流的單位是安培。,起電裝置,導線,歐姆定律,Georg Ohm (歐姆，1789-1854)為了研究電阻，給自己一生帶來許多的阻力。為了準確測量電位變化，他製作鉍銅電壓計，並確定金屬有電阻性，電阻隨導線的長度而增加，和截面積的增加而減少，即歐姆定律，透過電阻值，就可以將電壓和電流的關係連接起來。,直流電與交流電,認識直流電與交流電 電功率 發電機的原理與起源 直流發電機 交流發電機,認識直流電與交流電,直流電為直流電壓與直流電流

2、大小不隨時間改變而變動。而交流電壓與交流電流即隨著時間改變而變動。,認識直流電與交流電(續),交流電在十九世紀科學家發現了磁埸，同時也發現導線在磁埸中移動會產生電流，因此發明了便宜又好用的交流電。所謂交流電即是隨時間而改變方向的電流，因導線在磁場中無法永遠在 同一方向移動，而必須做週期性的往返運動，因此其產生的電流也會定期改變方向。,認識直流電與交流電(續),弦式電壓的極性與弦式電流的方向：由於弦式電壓與電流不斷地以sin或cos函數變動，因此電壓有正負極性的變動，電流也有方向的交替改變。,瞬時值(instantaneous values)：某一瞬間的數值，如e1及e2即為t1及t2秒的瞬間電

3、壓。 峰值(peak value)：波形的最大值，如Em即為電壓波形的最大電壓。 週期(period)T：連續波形之最少的重覆時間。 頻率(frequency)f：週期的倒數，以Hz為單位。1 Hz代表每秒鐘發生1個波數(cycle)，1個週波即表示波形重覆變化一次的情況。,認識直流電與交流電(續),認識直流電與交流電(續),(a)1Hz，週期為1秒 (b)2.5 Hz，週期為0.4秒 (c)2 Hz，週期為0.5秒,認識直流電與交流電(續),有效值(effective value)或均方根值(RMS value)：能夠產生與直流電流相同功率的交流電流，即為等效之直流電流，稱為該交流電流之有效

4、值或均方根值(一個函數x(t)平方的平均值、再開平方根),家庭用電的電壓與電流，如110V、5A都是以有效值或均方根值來表示的，電壓與電流的峰值：,認識直流電與交流電(續),電功率,直流電功率 交流電功率,發電機的原理與起源,磁通方向,電流方向,運動方向,佛來明右手定則(Flemings right hand rule)，右手食指指向磁場方向、姆指的方向為導體運動方向，中指指向電流的流動方向(感應電壓的正端)。,發電機的原理與起源(續),法拉第感應定律(Faraday),電路中的感應電動勢等於電路內磁通對時間變化率的負值。,右圖為一簡單的交流發電機，當線圈在外磁場中轉動，通過線圈的磁通量隨著線

5、圈的轉動而變化，當線圈的平面平行於磁場時磁通量為零；當線圈平面垂直於磁場時，通過線圈的磁通量為最大。,發電機的起源,1832年法國人皮克斯製出了世界上最早的手搖式發電機。在靠近可以旋轉的U型磁鐵處，裝上兩個繞在軟鐵芯上的線圈，分別對準磁鐵的兩極。搖轉磁鐵時，線圈導線中就感應出交流電。每當磁鐵轉半周，線圈對應的磁極就改變一次，電流方向也跟著改變。後來，皮克斯在磁鐵的轉軸上加裝了兩片開的筒形金屬板，由線圈引出的導線分別與兩筒形板接觸，這便是整流子，它可使輸出的電流方向不變的直流電。 1867年德國的韋納西門子發現用電磁鐵代替永久磁鐵，同樣可以發電。電磁鐵的鐵芯，在不通電流時，也還殘留有微弱的磁性，

6、當轉動時，利用微磁發出電流，再反饋給電磁鐵也就能産生出強磁性 。 1872年在西門子公司研究發動機的工程師阿特涅簡化了製造方法，降低了生産成本，改進了發動機的外觀和功能。,直流發電機,直流發電機的基本原理 如右圖所示，在線圈兩端分別接上半圓形銅片上，此銅片稱整流子，再由電刷將電流由整流子引出。當線圈在磁場中轉動時，雖產生交流電，但整流子能使電流以固定的方向由 C端電刷流出， D端電刷流入而成直流電。,直流發電機的輸出改善 為了讓直流發電機的輸出電壓波形脈動更加平滑，須增加更多線圈及整流片，使輸出電壓的脈動變小，而趨近於恆定的直流電壓。,直流電機的構造示意圖,實際的直流電機,交流發電機,交流發電

7、機的原理 將一導體線圈放磁場中旋轉，導體切割磁通鏈使導體中磁通鏈對時間發生變化，在導體中產生了交變的感應電勢。將線圈兩端與滑環連接，再以電刷接觸滑環引出電流通過負載，此即交流發電機。,Sinusoidal wave,交流同步發電機,單相四極交流同步發電機 線圈a1及a2可以串聯連接，以增加感應電壓。當轉子磁極轉了一圈(360機械度m2)，電壓的變化則產生兩個週波(720電氣度e4) ， 與總極數P有關,三相交流發電機 將矩形線圈多加兩組，使三個線圈的空間排列恰好呈現120的相位差，則此三組線圈感應的電壓也會產生120的相位差，此即為三相交流發電機。,三相交流波形,感應交流發電機 感應發電機與同

8、步發電機之不同點：(1)轉子磁場係由定子感應而來鼠籠式轉子、繞線式轉子(2)轉速非同步轉差率。常做為電壓調整器用。,鼠籠式轉子 繞線式轉子,變壓器,法拉第電感應實驗：若將電源的線圈稱為主線圈 ( primary coil )，另一線圈稱為次線圈 (secondary coil ) 。當主線圈電鍵 S 關合時，電流會流過電路，同時次線圈也會有電流產生 ( 這兩線圈間沒有任何材料連接 )，不過只是暫時性。接著又打開 電鍵 S ，次線圈上又有 電流產生，其方向與原先 相反，但仍然是暫時性； 這是實驗上的現象，如何 解說。主線圈上的電鍵 S 的切換所引起的電流變化 導致磁場變化，磁場的變 化率等於次線圈上電流的 變化率。這就是變壓器設 計之原理互感應原理。,電生磁與磁生電 (即電磁感應) ：當電流在主線圈上時，其周圍建立磁場區域；若電流一直在變化，其周圍的磁場亦不斷的在變化，這種變化會影響到次線圈，亦就是說穿過次線圈面的磁通量有變化，依法拉第定律，在次線圈上就有感應出電壓。由此得一個觀念，當線圈周圍的磁場一旦有變化，在線圈上就有電壓感應而出。,油入式燈用配電變壓器,電源整流器,問題討論,一、何謂直流電與交流電？目前在台灣一 般家庭所使用之電源是哪一種？電壓 幾伏特？ 二、何謂變壓器？其運用原理為何？假設 今有一變壓器一次側電壓為13.2KV， N1:N2