交变电流的描述及其三要素课件.pptx

1、直直流：流：方向不随时间变化的电流称为直流方向不随时间变化的电流称为直流（direct currentdirect current，DCDC）。）。1.什么是交变电流？稳恒电流：稳恒电流：)(秒秒t)(安安io脉动直流：脉动直流：交变电流：交变电流：电流方向随时间作周期性变化的为电流方向随时间作周期性变化的为交交变电流变电流（alternating currentalternating current），也称），也称“交流电交流电”（ACAC）。）。其中最基本的形式是正弦电流。其中最基本的形式是正弦电流。正弦交变电流的产生：固定磁场交流发电机原理模型发电机的基本组成：发电机的基本组成：用来产生

2、感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极发电机的基本种类发电机的基本种类:旋转电枢式旋转电枢式发电机发电机（电枢动，磁极不动）（电枢动，磁极不动）旋转磁极式旋转磁极式发电机发电机（磁极动，电枢不动）（磁极动，电枢不动）2.正弦交流电是怎样产生和描述的？无论哪种发电机，转动的部分叫转子，无论哪种发电机，转动的部分叫转子，不动的部分叫定子。不动的部分叫定子。下图发电机中的转子和定子分别是什么？下图发电机中的转子和定子分别是什么？上图中，甲、丙两图的线圈都垂直于磁场，称这时上图中，甲、丙两图的线圈都垂直于磁场，称这时线圈所在的平面为中性面。线圈

3、所在的平面为中性面。方向方向的变化的变化 电流电流方向方向的变化的变化大小大小的变化的变化电流电流大小大小的变化的变化BvA(B)D(C)t=0Cv11v中性面从从中性面开始中性面开始计时，计时，=t,所以：所以：t2ADtvv sinsin tBSvABB2esin线圈中的瞬时电动势为线圈中的瞬时电动势为 tEtnBSem sinsin 若线圈有n匝，则瞬时电动势：其中其中B B为磁感应强度，为磁感应强度，S S为线圈面积，为线圈面积，为线为线圈转动的角速度，圈转动的角速度，n n为线圈的匝数，为线圈的匝数，EmEm为电为电动势的峰值。动势的峰值。0Em-Em t0Im-Im t0Um-Um

4、 t正弦交流电的图像：线圈与线圈与纯电阻负载纯电阻负载连接连接时，流过负载的电流时，流过负载的电流 i i以及负载两端的电压以及负载两端的电压u utIim sin tUum sin 例题例题1.1.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈abab边边长为长为20cm20cm，adad边长为边长为10cm10cm，磁感应强度，磁感应强度 B=0.01T B=0.01T，线圈的转速线圈的转速n=50r/sn=50r/s，求：（，求：（1 1）1 1秒内电流方向改变秒内电流方向改变的次数；（的次数；（2 2）电动势的最大值；（）电动势的最大值；（3 3）转速增加一倍

5、转速增加一倍时上述两问如何变？时上述两问如何变？解：（解：（1 1）线圈转一周内电流改变）线圈转一周内电流改变2 2次方向，次方向，1 1秒内改变秒内改变（2 2）电动势的最大值）电动势的最大值n2adabBBSEm 伏伏0.025020.10.20.01 次次100 nt2N（3 3）转速增加一倍时角速度增加一倍，所以转速增加一倍时角速度增加一倍，所以1 1秒内电秒内电 流方向改变流方向改变200200次，次，电动势的最大值变为电动势的最大值变为0.040.04伏特。伏特。3.交变电流用那些物理量描述?交变电流的大小和方向都随时间变化，谈到它交变电流的大小和方向都随时间变化，谈到它的电流或电

6、压时要区分它的的电流或电压时要区分它的峰值峰值和和瞬时值瞬时值。交变电流的峰值：交变电流可能达到的最大值。交变电流的峰值：交变电流可能达到的最大值。请指出下列图中的交流电峰值：请指出下列图中的交流电峰值：交变电流的有效值：将同一电阻接恒定直流电源和交流电交变电流的有效值：将同一电阻接恒定直流电源和交流电源两种情况下，如果在相同的一个周期时间内产生的焦耳源两种情况下，如果在相同的一个周期时间内产生的焦耳热相同，则两电源的热效应效果相同热相同，则两电源的热效应效果相同,这时直流电的值叫做这时直流电的值叫做这个交流电的这个交流电的有效值有效值.思考：如图的电流思考：如图的电流i i通过通过一个电阻一

7、个电阻R R，一个周期内，一个周期内电阻电阻R R中产生的热量？将中产生的热量？将一个多大的恒定电流通过一个多大的恒定电流通过这个电阻这个电阻R R，也能在一个，也能在一个周期内产生同样的热？图周期内产生同样的热？图中电流的有效值为多少？中电流的有效值为多少？平均值为平均值为多少？多少？解：解：电流的平均值为电流的平均值为图中的电流图中的电流 一个周期内在电阻一个周期内在电阻R R中产生的热量中产生的热量：RRRQ2.80.3)(0.320.2)(0.2122 设恒定电流设恒定电流I I通过电阻通过电阻R R，在，在1s1s内产生同样的热：内产生同样的热：RQR2.81I2 A2.8I 电流的

8、有效值为电流的有效值为 A2.810.620.41I A1.6 说明：说明：以上关系式只适用于以上关系式只适用于正弦正弦或或余弦余弦交流电；交流电；交流用电器的交流用电器的额定电压额定电压和和额定电流额定电流指的是有效值；指的是有效值；交流交流电流表和电流表和交流交流电压表电压表的读数是有效值；的读数是有效值；对于交流电若没有特殊说明的均指有效值，对于交流电若没有特殊说明的均指有效值，家庭家庭电路的电路的220V220V便是有效值。便是有效值。正弦交流电正弦交流电的的有效值有效值与与峰值峰值的关系的关系：2UUm/2IIm/例例2 2、如图所示，矩形线圈共、如图所示，矩形线圈共100100匝，

9、长匝，长ab=20cmab=20cm，宽，宽bc=10cmbc=10cm，固定，固定转轴转轴OOOO通过通过abab和和bcbc的中点，匀强的中点，匀强磁场磁感应强度为磁场磁感应强度为B=0.5TB=0.5T。方向与。方向与OOOO垂直，线圈以垂直，线圈以60r/min60r/min的转速匀的转速匀速转动，速转动，(线圈总电阻为线圈总电阻为1)1)求：求：BaabcdO OO（1 1）转至）转至adad边与磁感线成边与磁感线成5353角时，感应电动势多大？角时，感应电动势多大？（2 2）adad边从与磁感线平行到与磁感线垂直，转动边从与磁感线平行到与磁感线垂直，转动9090角角的过程中的过程中

10、:产生的焦耳热是多少？产生的焦耳热是多少？感应电动势的平均值多大？感应电动势的平均值多大？通过线圈某一横截面的电荷量？通过线圈某一横截面的电荷量？（1 1）线圈的角速度为）线圈的角速度为解解：(rad/s)260/602 矩形线圈矩形线圈abcdabcd转动过程中，只有转动过程中，只有abab和和cdcd切切割磁感线，割磁感线，abab和和cdcd的转动速度为的转动速度为(m/s)10bc/2 .v 转至转至adad边与磁感线成边与磁感线成5353角时，感应电动势角时，感应电动势(v)21cos53ab2Bo.vne （2 2）感应电动势的有效值为感应电动势的有效值为(v)22bcabB /n

11、ET/4T/4内产生的焦耳热内产生的焦耳热 (J)2422 TREQ感应电动势的平均值为感应电动势的平均值为4(v)4/TbcabBntnE 通过线圈某一横截面的电荷量通过线圈某一横截面的电荷量1(C)4 TREtIq 例例3 3电路如图所示，已知交流电源电压电路如图所示，已知交流电源电压u=200sin100tVu=200sin100tV，电阻，电阻R=100R=100。则电流表和电。则电流表和电压表的读数分别为压表的读数分别为 A A1.41A1.41A，200V200V B B1.41A1.41A，141V141V C C2A2A，200V200V D D2A2A，141V141V交变电

12、流交变电流完成一次周期性变化完成一次周期性变化所需的时间称为它的周所需的时间称为它的周期（期（periodperiod），通常用，通常用 T T 表示，单位是秒。表示，单位是秒。交变电流的周期和频率：交变电流在交变电流在 1s 1s 内完成周期性变化的次数内完成周期性变化的次数叫做它的频率叫做它的频率（frequency frequency），通常用，通常用f f 表示，单位是赫兹（表示，单位是赫兹（hertzhertz）.fT1 fT 22 正弦正弦交流电交流电 中的中的称为角频率称为角频率:tIimsin它们都表示交变电流变化的快慢。它们都表示交变电流变化的快慢。220 2sin100et

13、我国照明电压的瞬时值表达式为：我国照明电压的瞬时值表达式为：它的周期为：它的周期为：频率为：频率为：最大值为：最大值为：_有效值为：有效值为：每秒钟方向改变次数为：每秒钟方向改变次数为：2202V100次/秒0.02s50Hz220v它的角频率它的角频率为为：100 rad/s正弦交变电流的相位：图图8-2-38-2-3中，两交流电压达到峰值的时刻不同，中，两交流电压达到峰值的时刻不同，达到达到0 0值的时刻也不同，同一时刻的瞬时值不同。值的时刻也不同，同一时刻的瞬时值不同。这些不同是由于电压表达式中这些不同是由于电压表达式中正弦符号正弦符号“sin”“sin”后面的量后面的量不同造成的。称该量为相位。不同造成的。称该量为相位。上图中交流电压甲、乙的相位分别为：上图中交流电压甲、乙的相位分别为：t,t相位是描述交流电在变化过程中某一时刻所达相位是描述交流电在变化过程中某一时刻所达到的状态的物理量到的状态的物理量。如：如：时，瞬时电压达到最大值。时，瞬时电压达到最大值。时，瞬时电压达到零值；时，瞬时电压达到零值；0 t/2 t/6 t时，瞬时电压达到最大值的一般。时，瞬时电压达到最大值的一般。称称t=0t=0时的相位为时的相位为初相位。初相位。在实际问题中，更重要的是两支交流电之间的在实际问题中，更重要的是两支交流电之间的相位之差，称之为相位之差，称之为相位差。相位差。