第一節(jié) 交變電流.ppt

1、第五章 交變電流,直流電:電流方向不隨時間而改變,穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，產生感應電流，而磁通量變化的方式不同，產生的感應電流也不同，感應電流可以是恒定的，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、交變電流的產生,實驗現(xiàn)象：緩慢轉動線圈時，電流計指針在左右動，線圈每轉一周，指針左右擺動一次,1定義：大小和方向都隨時間作周期變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流（AC） 2.交流電的產生：閉合的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動時，產生交流，但這不是產生交流的惟一方式,為了能更方便地說明問題，我們將立體圖轉化為平面圖來分析.,（1

2、）BS，最大，各邊不切割磁感應線，無感應電流中性面 E=0 , I=0，有最大值,（2）BS，=0，a（b）d（c）垂直切割， E最大,感應電流最大,電流方向a b,（3）BS，最大，各邊不切割磁感應線，無感應電流中性面,E=0 , I=0，有最大值,（4）BS，=0，垂直切割， E最大,感應電流最大,電流方向ba,特點：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）,結論：,a. 磁通量最大,b. E0，磁通量的變化率/t為零,c. 當線圈轉至中性面時，電流方向發(fā) 生改變,d. 線圈轉動一周電流方向改變兩

3、次,設線圈平面從中性面開始轉動，角速度是經(jīng)過時間t，線圈轉過的角度是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L2 ，磁感應強度是B.,cd邊中的感應電動勢就是,ab 邊中的感應電動勢跟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為電動勢在時刻t的瞬時值，Em為電動勢的最大值(峰值),Em NBS,成立條件：轉軸垂直勻強磁場，經(jīng)中性面時開始計時,（1）電動勢按正弦規(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R時：,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(從中性面開始計時),e=nBscost=Emcost(從BS開始計時),i=(nBs/R)sint=Imsint(從中性面開始計時),i=(nBs/R)cost=Imcost(從從BS開始計時),u=Umsint(從中性面開始計時),u=Umcost(從從BS開始計時),(1)感應電動勢:,(2)感應電流:,(3)外電路電阻兩端的電壓:,1.建立交流電的瞬時方程必須首先確定Em、，同時注意起始位置（是從中性面開始是正弦曲線，e=Emsint;從垂直中性面開始是余弦曲線，e=Emcost）.,2.由Em=N2BL1v=NBL1L2=N

5、BS=Nm可知，峰值Em與線圈的面積有關。而與垂直于磁場方向的轉動軸的位置無關，與線圈的形狀也無關。,3.轉速對交變電流的影響：由e=NBSsint可知，當轉速增大時，角速度也增大，使得感應電動勢隨之增大，同時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)電子計算機中的矩形脈沖,(4)激光通信中的尖脈沖,交流發(fā)電機簡介,（1）發(fā)電機的基本組成： 用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞） 用來產生磁場的磁極 （2）發(fā)電機的基本種類 旋轉電樞式發(fā)電機（電樞動磁極不動） 旋轉磁極式發(fā)電機（磁極動電樞不動）,無論哪種發(fā)電機，轉動的部分叫轉子

6、，不動的部分叫定子,1在如圖所示的幾種電流隨時間變化的圖線中，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磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動，線圈中的感應電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下面說法中正確的是：,t1時刻通過線圈的磁通量為零； t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大； t3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大； 每當e變換方向時，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大。,答案： D,3. 交流發(fā)電機工作時的電動勢的變化規(guī)律為 e=EmSint，如果轉子的轉速n提高一倍，其它條件不變，則電動 勢的變化規(guī)律將變化為： A。e

7、=EmSin2t B. e=2EmSin2t C. e=2EmSin4t D. e=2EmSint,例題3,、線圈從中性面開始轉動，角速度是，線圈中的感應電動勢的峰值是Em，那么在任一時刻t感應電動勢的瞬時值e為 若線圈電阻為，則感應電流的瞬時值為,e= Emsint,i= Em/(Rsint),5.影響產生感應電動勢大小的因素可能是（ ） A.線圈的面積 B.線圈的轉速 C.磁場強弱 D.線圈電阻,ABC,6. 一臺發(fā)電機產生的按正弦規(guī)律變化的感應電動勢的最大值為311V，線圈在磁場中轉動的角速度是100rad/s。 （1）寫出感應電動勢的瞬時值表達式。 （2）若該發(fā)電機只與含電阻的負載組成

8、閉合電路，電路的總電阻為100，試寫出通過負載的電流強度的瞬時表達式、在t=1/120s時電流強度的瞬時值為多少？,（3）線圈從中性面轉過180度的過程中，電動勢的最大值、 平均值分別是多少？ （4）轉動過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軌與電阻R相連，如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為B，與導軌平面垂直一根長度為l (等于平行導軌間距)的金屬棒電阻為r

9、，放置在導軌上，當金屬棒在AA和BB之間做運動時，速度隨時間的變化規(guī)律是v=v0cost,試求： (1)通過電阻R的電流和它兩端的電壓 (2)說明通過R的電流在什么時刻改變方向?在什么時刻變化率最大?,思路分析：本題考查做簡諧運動的物體切割磁感線產生的交流電 既然是切割磁感線的運動，根據(jù)EBlv即可求得感應電動勢，要注意v應代入瞬時值求得瞬時感應電動勢導體棒速度為零時，瞬時電動勢為零，就在此時改變速度方向，也同時改變電流方向,解析:(1)因為導體棒做簡諧運動，必定在AA和BB中間的OO速度最大，此時刻便是v=v0cost的計時起點,導體棒產生的感應電動勢,通過電阻R的電流,R兩端的電壓,(2)導體運動方向發(fā)生變化，即導體棒在AA、BB位置時電流的方向發(fā)生變化，此時刻導體棒的速度為零，瞬時電動勢和電流都為零，電流的變化率等最大,