第一節(jié) 交變電流.ppt

1、第五章 交變電流,直流電:電流方向不隨時(shí)間而改變,穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而磁通量變化的方式不同，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也不同，感應(yīng)電流可以是恒定的，可以是變化的，可以是周期性變化的，本節(jié)我們將研究一種十分重要的周期性變化的電流正弦式交變電流,一、交變電流的產(chǎn)生,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)線圈時(shí)，電流計(jì)指針在左右動(dòng)，線圈每轉(zhuǎn)一周，指針左右擺動(dòng)一次,1定義：大小和方向都隨時(shí)間作周期變化的電流，叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流（AC） 2.交流電的產(chǎn)生：閉合的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的惟一方式,為了能更方便地說(shuō)明問(wèn)題，我們將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來(lái)分析.,（1

2、）BS，最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無(wú)感應(yīng)電流中性面 E=0 , I=0，有最大值,（2）BS，=0，a（b）d（c）垂直切割， E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向a b,（3）BS，最大，各邊不切割磁感應(yīng)線，無(wú)感應(yīng)電流中性面,E=0 , I=0，有最大值,（4）BS，=0，垂直切割， E最大,感應(yīng)電流最大,電流方向ba,特點(diǎn)：a. 磁通量為0 b. E最大，磁通量的變化率/t最大,返回,（1）中性面（線圈與磁感線垂直的平面）,（2）最大值面（線圈垂直中性面）,結(jié)論：,a. 磁通量最大,b. E0，磁通量的變化率/t為零,c. 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)，電流方向發(fā) 生改變,d. 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周電流方向改變兩

3、次,設(shè)線圈平面從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是經(jīng)過(guò)時(shí)間t，線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度是t，cd邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于tab、cd寬L1，ad、bc長(zhǎng)L2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度是B.,cd邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就是,ab 邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)跟cd邊中的大小相同，而且兩邊又是串聯(lián)的,二.交變電流的變化規(guī)律,若線圈匝數(shù)為N,則有,e為電動(dòng)勢(shì)在時(shí)刻t的瞬時(shí)值，Em為電動(dòng)勢(shì)的最大值(峰值),Em NBS,成立條件：轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),（1）電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化,（2）電流按正弦規(guī)律變化,（3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化,電流通過(guò)R時(shí)：,這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做 正弦式交變電流，簡(jiǎn)稱正弦式電

4、流,三、交變電流的變化規(guī)律,e=nBssint=Emsint(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),e=nBscost=Emcost(從BS開(kāi)始計(jì)時(shí)),i=(nBs/R)sint=Imsint(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),i=(nBs/R)cost=Imcost(從從BS開(kāi)始計(jì)時(shí)),u=Umsint(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)),u=Umcost(從從BS開(kāi)始計(jì)時(shí)),(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):,(2)感應(yīng)電流:,(3)外電路電阻兩端的電壓:,1.建立交流電的瞬時(shí)方程必須首先確定Em、，同時(shí)注意起始位置（是從中性面開(kāi)始是正弦曲線，e=Emsint;從垂直中性面開(kāi)始是余弦曲線，e=Emcost）.,2.由Em=N2BL1v=NBL1L2=N

5、BS=Nm可知，峰值Em與線圈的面積有關(guān)。而與垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置無(wú)關(guān)，與線圈的形狀也無(wú)關(guān)。,3.轉(zhuǎn)速對(duì)交變電流的影響：由e=NBSsint可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，角速度也增大，使得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨之增大，同時(shí)交變電流的變化也加快。,交流電的圖像,四、交變電流的種類,(1)正弦交流電,(2)示波器中的鋸齒波掃描電壓,(3)電子計(jì)算機(jī)中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,交流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介,（1）發(fā)電機(jī)的基本組成： 用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（叫電樞） 用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極 （2）發(fā)電機(jī)的基本種類 旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)（電樞動(dòng)磁極不動(dòng)） 旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)（磁極動(dòng)電樞不動(dòng)）,無(wú)論哪種發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子

6、，不動(dòng)的部分叫定子,1在如圖所示的幾種電流隨時(shí)間變化的圖線中，屬于交變電流的是 ，屬于正弦交變電流的是 。,A,B,C,D,A B D,A,三 例題,2 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，下面說(shuō)法中正確的是：,t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零； t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大； t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大； 每當(dāng)e變換方向時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大。,答案： D,3. 交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律為 e=EmSint，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n提高一倍，其它條件不變，則電動(dòng) 勢(shì)的變化規(guī)律將變化為： A。e

7、=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint,例題3,、線圈從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值是Em，那么在任一時(shí)刻t感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e為 若線圈電阻為，則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為,e= Emsint,i= Em/(Rsint),5.影響產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的因素可能是（ ） A.線圈的面積 B.線圈的轉(zhuǎn)速 C.磁場(chǎng)強(qiáng)弱 D.線圈電阻,ABC,6. 一臺(tái)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為311V，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度是100rad/s。 （1）寫(xiě)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。 （2）若該發(fā)電機(jī)只與含電阻的負(fù)載組成

8、閉合電路，電路的總電阻為100，試寫(xiě)出通過(guò)負(fù)載的電流強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式、在t=1/120s時(shí)電流強(qiáng)度的瞬時(shí)值為多少？,（3）線圈從中性面轉(zhuǎn)過(guò)180度的過(guò)程中，電動(dòng)勢(shì)的最大值、 平均值分別是多少？ （4）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁通量的變化率最大值是多少？,答案（1）e=311Sin100t(V) （2）I=3.11Sin（1001/120） =3.111/2=1.55（A）,（3）E m=311V E=N/t=2NBS/198V （4）/t=311/N（Wb/s）,8.放置在水平面上彼此平行的導(dǎo)軌與電阻R相連，如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，與導(dǎo)軌平面垂直一根長(zhǎng)度為l (等于平行導(dǎo)軌間距)的金屬棒電阻為r

9、，放置在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒在AA和BB之間做運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度隨時(shí)間的變化規(guī)律是v=v0cost,試求： (1)通過(guò)電阻R的電流和它兩端的電壓 (2)說(shuō)明通過(guò)R的電流在什么時(shí)刻改變方向?在什么時(shí)刻變化率最大?,思路分析：本題考查做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物體切割磁感線產(chǎn)生的交流電 既然是切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)EBlv即可求得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，要注意v應(yīng)代入瞬時(shí)值求得瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體棒速度為零時(shí)，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零，就在此時(shí)改變速度方向，也同時(shí)改變電流方向,解析:(1)因?yàn)閷?dǎo)體棒做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，必定在AA和BB中間的OO速度最大，此時(shí)刻便是v=v0cost的計(jì)時(shí)起點(diǎn),導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),通過(guò)電阻R的電流,R兩端的電壓,(2)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，即導(dǎo)體棒在AA、BB位置時(shí)電流的方向發(fā)生變化，此時(shí)刻導(dǎo)體棒的速度為零，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)和電流都為零，電流的變化率等最大,