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文檔簡(jiǎn)介
第二章《交變電流》2.1《交變電流》一、交變電流1、直流電流(DC)方向不隨時(shí)間變化的電流2、交變電流(AC)大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流交變電流是如何產(chǎn)生的呢?二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)模型1、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)2、過(guò)程分析(1)在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中,那些邊會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?ab邊cd邊(2)怎樣將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖?將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖(3)在線圈由甲轉(zhuǎn)到乙的過(guò)程中,AB邊中電流向哪個(gè)方向流動(dòng)?丙轉(zhuǎn)到丁呢?(4)線圈轉(zhuǎn)到什么位置,電流最?。](méi)有電流)?線圈轉(zhuǎn)到什么位置,電流最大?由a→b由b→a判斷此位置有沒(méi)有感應(yīng)電流,方向怎么樣?NSVVB⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí),Φ最大,但線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零判斷此位置有沒(méi)有感應(yīng)電流,方向怎么樣?NSNSB∥SΦ=0E最大I最大感應(yīng)電流方向a到b線圈與磁場(chǎng)平行時(shí),Φ最小,但線圈中的電動(dòng)勢(shì)最大B⊥SΦ最大V//BE=0I=0中性面B∥SΦ=0V⊥BE、I最大感應(yīng)電流方向b到a思考與討論線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,多少次經(jīng)過(guò)中性面?電流方向改變多少次?.a(b)c(d)O
1.中性面:垂直磁場(chǎng)方向的平面.(1)線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量最大φ=BS,但△φ/△t=0最小,(ab和cd邊都不切割磁感線),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零.(2)線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí),電流將改變方向,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,兩次經(jīng)過(guò)中性面,電流方向改變兩次.2.線圈平行與磁感線時(shí),φ=0,△φ/△t最大,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。從上面的觀察知道,交流電的電流強(qiáng)度與產(chǎn)生交流電的線圈位置有關(guān)。那么電流強(qiáng)度與線圈位置之間有什么關(guān)系呢?當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到其它任意位置時(shí),產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)又如何呢?θθv1v2從中性面開始,線框轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ωt
將v分解
v1=vsimωt
v1⊥B
v2=vcosωt
v2∥B
eab=Blvsinωt
a→b
ecd=Blvsinωt
c→d
即線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=2Blvsinωt
a→b→c→d.這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流.中性面開始計(jì)時(shí):
e=N2Blvsinωt=Emsinωt=NBSωsin2πft電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。垂直于中性面開始計(jì)時(shí):e=Emcosωt電流的瞬時(shí)值:電壓的瞬時(shí)值:eR總EmR總eR總i==sinωt=Imsinωtu=iR=Im
Rsinωt=UmsinωtEm=NBSω交流電變化的規(guī)律三、交變電流的變化規(guī)律
以線圈經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí),切割邊L1,另一邊L2,推導(dǎo)任意時(shí)刻t線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)∴令=NBSω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)NBSω1、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、電壓按正弦規(guī)律變化
電流i通過(guò)R時(shí):成立條件:轉(zhuǎn)軸垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng),經(jīng)中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)四、交流電的圖像
0tEm-Emei0Im-Imt五、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課堂練習(xí)
1、交變電流:
和
都隨時(shí)間做
的電流叫做交變電流.電壓和電流隨時(shí)間按
變化的交流電叫正弦交流電
2、交流電的產(chǎn)生:矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí),線圈中就產(chǎn)生
.大小方向周期性變化正弦規(guī)律正弦交流電
3、當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí),線圈各邊都不切割磁感線,線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流,這樣的位置叫做
.線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電流方向就改變一次,因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流方向改變
.中性面兩次4、線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng),角速度是ω,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
.若電路總電阻為R,則感應(yīng)電流的瞬時(shí)值I為
.e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流發(fā)電機(jī)1、組成:轉(zhuǎn)子線圈,定子線圈①用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈(電樞)②用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極的線圈2、種類①旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)②旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)5、交流發(fā)電機(jī)有兩種,即
、
.其中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫
,不動(dòng)的部分叫
.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是由
、
或其它動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)電樞式轉(zhuǎn)子定子水輪機(jī)蒸汽輪機(jī)6、一矩形線圈,繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示,下面說(shuō)法中正確的是A.t1時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量為零B.t2時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大C.t3時(shí)刻通過(guò)線圈的磁通量的絕對(duì)值最大D.每當(dāng)e變換方向時(shí),通過(guò)線圈的磁通量絕對(duì)值最小et0t1t2t3t4Em-EmC
7、一臺(tái)發(fā)電機(jī)在產(chǎn)生正弦式電流。如果發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的峰值為Em=400V,線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω=314rad/s,試寫出電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。如果這個(gè)發(fā)電機(jī)的外電路只有電阻元件,總電阻為2000Ω,電路中電流的峰值是多少?寫出電流瞬時(shí)值的表達(dá)式。解:電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為:e=EmsinWt=400sin314t電流峰值為:Im=Em/R=400÷2000=0.2A電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為:i=ImsinWt=2sin314t
4、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100πrad/s。(1)寫出感應(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)載組成閉合電路,電路的總電阻為100Ω,試寫出通過(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=311Sin100πt
(2)I=3.11Sin(100π*1/120)=3.11*1/2=1.55(A)(3)E
m=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V(4)Δφ/Δt=311/N(Wb/s)5.1交變電流小結(jié)1、知道交變電流定義(AC):大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流。方向不隨時(shí)間變化的電流為直流電(DC)。辨析電流圖。2、理解交變電流產(chǎn)生的過(guò)程: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)產(chǎn)生正弦式交變電流。能畫出四幅過(guò)程圖。垂直磁場(chǎng)方向的平面叫做中性面。
(重點(diǎn))3、推導(dǎo)和理解交變電流的變化規(guī)律:(重難點(diǎn))(1)方向變化規(guī)律----線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電流的方向就改變一次;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流的方向改變兩次。φ
最大,△φ/△t=0最小,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小E=0(2)大小變化規(guī)律----按正弦規(guī)律變化:(能畫出瞬時(shí)線速度分解圖)e=Emsin
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