交变电流是怎样产生课件.ppt

1、1 1、原理：、原理：由法拉第电磁感应定由法拉第电磁感应定律可知，只要律可知，只要闭合导体闭合导体与与磁体磁体做相对运动，使通过做相对运动，使通过闭合闭合导体的导体的磁通量发生变磁通量发生变化化，从而产生感应电动势，从而产生感应电动势和感应电流。和感应电流。交流发电机利用上述原理，把交流发电机利用上述原理，把机械能机械能转化成转化成电能电能。一、一、交流发电机交流发电机2 2、结构：、结构：发电机主要由发电机主要由线圈线圈（电（电枢）和枢）和磁极磁极两部分组成。两部分组成。3 3、分类：、分类：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 无论哪种发电机，转动的部分都叫转

2、子，固定不动无论哪种发电机，转动的部分都叫转子，固定不动的部分都叫定子。的部分都叫定子。一、一、交流发电机交流发电机abcd 矩形线圈矩形线圈abcdabcd在磁场中绕在磁场中绕oooo 匀速匀速转动，转动，abab、cdcd做切割磁感线运动，使线圈中产生感应电动势和做切割磁感线运动，使线圈中产生感应电动势和感应电流。感应电流。实验：实验：二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理(甲甲)特点特点:BS BS，中性面，中性面，最大最大没有边切割磁感应线没有边切割磁感应线磁通量的变化率为零磁通量的变化率为零二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理

3、aBOvvd0abcdeee0abei=0i=0无感应电动势产生无感应电动势产生二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理特点特点:BSBS，=0=0abab、dcdc边垂直切割磁感应线边垂直切割磁感应线磁通量变化最快磁通量变化最快二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理dBOvvaBlveabBlveeecdab2e e最大，最大，i i最大，感应电流方向最大，感应电流方向a b c da b c d有感应电动势产生有感应电动势产生二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理(丙丙)特点特点:BSBS，中性面，中性面，最大最大二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理dBOvva没有

4、边切割磁感应线没有边切割磁感应线磁通量的变化率为零磁通量的变化率为零0abcdeee0abei=0i=0无感应电动势产生无感应电动势产生二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理特点特点:BSBS，=0=0二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理dBOvvae e最大，最大，i i最大，感应电流方向最大，感应电流方向d c b ad c b aBlveabBlveeecdab2abab、dcdc边垂直切割磁感应线边垂直切割磁感应线磁通量变化最快磁通量变化最快有感应电动势产生有感应电动势产生二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理二、交变电流的产生原理二、交变电流

5、的产生原理二、交变电流的产生原理2 2、感应电流的大小和方向感应电流的大小和方向也随时间做周期性变化。也随时间做周期性变化。1 1、感应电动势的大小和方向感应电动势的大小和方向随时间做周期性变化。随时间做周期性变化。aB BOvvd a a、线圈转动一周，两次经过、线圈转动一周，两次经过中性面中性面，电流电流方向改变两次方向改变两次，b b、线圈转到中性面位置、线圈转到中性面位置磁通量最大磁通量最大，这时这时感应电动势最小，感应电动势最小，为零。为零。c c、线圈转到垂直中性面位置、线圈转到垂直中性面位置磁通量最小，磁通量最小，这时这时感应电动势是最大感应电动势是最大。金属杆金属杆dcdc长长

6、l，以速度，以速度v，与磁场成，与磁场成切割磁感线，问切割磁感线，问杆上产生的感应电动势杆上产生的感应电动势e e=?=?dBv(c)vvsineBlvBlv 三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 aBOvvd tBlvBlvecdsintBlvBlveabsincdabeeetBlvesin2tBSsintnBlvesin2sinenBSt 当当 时时，感应电动势最大，用，感应电动势最大，用 表示，表示，1sint2tmEBSBLEmnn2tEemsin三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 成立条件：转轴垂直匀强磁场，经成立条件：转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时中性面时开

7、始计时1 1、电动势按正弦规律变化、电动势按正弦规律变化tEemsin2 2、电流按正弦规律变化、电流按正弦规律变化 tIimsin3 3、电路上的电压按正弦规律变化、电路上的电压按正弦规律变化 tUumsin三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 问题：从垂直中性面位置开始转动，变化规律如何呢？问题：从垂直中性面位置开始转动，变化规律如何呢？4、图象、图象eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt tabcdK L A B a b c d K L A B a bcdkLA Ba bcdkLA Ba bcdkLA BabcdKLABabcd

8、K LABabcdkLABabcdkLABabcdkLAB三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 tEemsinE Em m ：电动势的最大值：电动势的最大值e e:电动势的瞬时值电动势的瞬时值 22 ttt t0.5T0.5TT TIm-ImiI Im m ：感应电流的：感应电流的最大值最大值i i:感应电流感应电流的的瞬时值瞬时值tIimsin 22 tt t0.5T0.5TT TUmUmutUumsinUm：电压的：电压的最大值最大值u :电压电压的的瞬时值瞬时值三、三、交变电流的变化规律交变电流的变化规律 1 1、表征交变电流大小物理量、表征交变电流大小物理量瞬时值：瞬时值：对应

9、某一时刻的交流的值对应某一时刻的交流的值:e,i,u峰值：峰值：即最大值即最大值:Um,m,EmEm=NsB m=Em/R Um=Im R注意：注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为时，所产生感应电动势的峰值为Em=NBS，即仅由匝数，即仅由匝数N，线圈面积线圈面积S，磁感强度，磁感强度B和角速度和角速度四个量决定。与轴的具体四个量决定。与轴的具体位置，线圈的位置，线圈的形状形状及线圈及线圈是否闭合都是无关是否闭合都是无关的。的。0t/sU/VUm电压最大值电压瞬时值i/AIm电流最大值电流瞬时值四、交变电

10、流的特点四、交变电流的特点1 1、表征交变电流大小物理量、表征交变电流大小物理量瞬时值：瞬时值：对应某一时刻的交流的值对应某一时刻的交流的值:e,i,u峰值：峰值：即最大值即最大值:Um,m,EmEm=NsB m=Em/R Um=Im R0t/si/AIm电流最大值电流瞬时值四、交变电流的特点四、交变电流的特点有效值：有效值：2mEE 2mII 2mUU平均值：平均值：ENt求通过某导体截面的电量一定要用平均值。求通过某导体截面的电量一定要用平均值。描述交流电做功或热效应的物理量描述交流电做功或热效应的物理量2、表征交流电变化快慢的物理量、表征交流电变化快慢的物理量0t/sU/VTT=1/f=

11、2/T=2f 交流电也用交流电也用周期周期和和频率频率来表示变来表示变化的快慢化的快慢 我国生产和生活用交流电的周期我国生产和生活用交流电的周期T_s，频率，频率f_Hz，角速度，角速度_rad/s，在，在1内电流的方向变化内电流的方向变化_次。次。0.0250314100四、交变电流的特点四、交变电流的特点例：例：如图所示，线圈的面积是如图所示，线圈的面积是0.05，共有，共有100匝；线圈电阻为匝；线圈电阻为1，外接电阻，外接电阻R9，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B1/T，当线，当线圈以圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈处于中性

12、面开始计时，写出线圈中感应电动势的若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式；瞬时表达式；sin2sin(2)meEtNBSnnt50sin(10)t V(2)线圈转过线圈转过1/30s时电动势的瞬时值多大；时电动势的瞬时值多大；(3)(3)电路中电压表和电流表示数各是多少；电路中电压表和电流表示数各是多少；电动势的有效值为电动势的有效值为电流表的示数电流表的示数电压表的示数电压表的示数5035.422mEEV35.43.5491EIARr3.94 931.86UIRV 150sin(10)43.330eV例：例：如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、如图所示为某正弦交流

13、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。周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。周期周期T0.02s解析：解析：2/T314rad/sIm14.14/sin4520A表达式：表达式：i20sin(314t)A例例3：如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？变电流的有效值是多大？4 23 2解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的

14、有效值为的有效值为I I，根据交流有效值的定义，有：，根据交流有效值的定义，有：222121122I RTI RTI RT所以：所以：22121()2III221(4 2)(3 2)52A4 23 2例例4：如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的如图表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。有效值。to123424iAs图1532221222TTI RTI RI R2222141()()2222I5IA 解析：解析：例例5：一个电阻接在一个电阻接在10V的直流电源上，它的发热功的直流电源上，它的发热功率是率是P，当接到电压为，当接到电压为u=10sintV的交流电源上，它的交流电源上，

15、它的发热功率（的发热功率（）A0.25P B0.5P CP D2PB6：边长为边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，以以OO为轴匀速转动，角速度为为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为电阻为R，求：，求：(1)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中产生的热量的过程中产生的热量Q 解析：解析：2mEB a222mIBaIR42Tt22242242B aBaQI RtRRR(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中通过的过程中通过线圈某截面的电量线圈某截面的电量q 2222B

16、aBaqItRR有效值：有效值：、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、意义：描述交流电做功或热效应的物理量、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。、定义：跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是正弦交流的有效值与峰值之间的关系是2mEE 2mII 2mUU注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有这样注意：正弦交流的有效值和峰值之间具有这样的关系，非正弦的关系，非正弦（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导（或余弦）交流无此关系，但可按有效值的定义进行推导.四、交变电流的特点四、交变电流的特点平均值：平均值：ENt求通过某导体截

17、面的电量一定要用平均值。求通过某导体截面的电量一定要用平均值。四、交变电流的特点四、交变电流的特点、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表流表和交流电压表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读把交流电变成了等效的直流，所以读数数就是交流的有效值，并就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动且电表的指针不会忽左忽右地摆动。对于交流电若没有特殊说。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值明的均指有效值;电路中的保险丝的额定电流指有效值电路中的保险丝的额定电流指有效值;电容器电容器耐压值指峰值耐压值指峰值.