5.1交变电流

、交变电流

1、交变电流,大小和方向都随时间做周期性变化

2、直流电流,

①大小变化,方向不变化的叫直流

②大小和方向都不随时间变化的叫恒定电流

二、交变电流的产生

中性面,线圈平面与磁感线垂直的位置(甲,。

①此位置AB、CD边的速度方向与磁感线平行,各边都不切割磁感线,故呈

电中性所以叫中性面。

②线圈经过中性面时,Φ最大,B⊥S,,但线圈中E=0,电流I=0。

因为线圏平面转到中性面瞬间,穿过线圈的磁通量虽然最大,但是,曲线

的斜率为

,,

0,即,磁通量的变化率(t)0,感应电动势为0;

E,

,,

,t

垂直中性面,乙图,,

①此位置AB、CD边的速度方向与磁感线垂直,即两边都切割磁感线。

②此时Φ最小,B//S),但线圈中的电动势E达到最大。I也最大。感应电

流方向B到A。

因为线圈平面转到跟中性面垂直时,穿过线圈的磁通量重为0,但是曲线的

,,

斜率最大,即磁通量的变化率,t最大,感应电动势最大。

推论,线圈经过中性面时,电流将改变方向,线圈转动一周,两次经过中

性面,电流方向改变两次。

三、交变电流的变化规律

1、感应电动势的峰值和瞬时值为,e=Ems①e叫做感应电动势的瞬时值。

sinωt(从中性面开始计时)

②W是发电机线圈转动的角速度。

③Em表示感应电动势可能达到的最大值,叫做电动势的峰值,大小为

E,NBSw

2、感应电流和电压的峰值和瞬时值

感应电流的瞬时值为i=Imsinωt。感应电流的峰值为:Im(Em)r电压的瞬时值为u=Umsinωt电压的峰值Um

=IRm

3、交变电流的图像

4、交变电流的种类

(1)正弦交流电,(2)示波器中的锯齿波扫描电压

(3)电子计算机中的矩形脉冲,(4)激光通信中的尖脉冲

5、交流发电机

(1)发电机的基本组成,

①用来产生感应电动势的线圈,叫电枢,

②用来产生磁场的磁极

(2)发电机的基本种类,

①旋转电枢式发电机,电枢动磁极不动,

②旋转磁极式发电机,磁极动电枢不动

无论哪种发电机,转动的部分叫转子,不动的部分叫定子。

5.2描述交变电流的物理量

、周期和频率

1、周期,

交变电流完成一次周期性变化所需的时间。符号是T,单位为S。

2、频率:

交变电流一秒内完成周期性变化的次数。符号是f,单位为Hz。

3、关系,

f1T

4、根据三角函数的知识,W=2πf

二、峰值和有效值

1、峰值,Em

、Im

、Um

交变电流的峰值是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值,可以

用来表示交变电流的电流或电压变化幅度。

2、电容器的耐压值——指能够加在它两端的最大电压

电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值,否则电容器可能被击

穿。

3、有效值

根据电流的热效应来规定,让交流和恒定电流分别通过大小相同的电

阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,而这个恒定电流是I、

电压是U,我们就把这I、U叫做这个交流的有效值。如,

4、正

弦交流电的有效值与峰值的关系

I,

UmU(m)0.707U0.707Im2,

注意:(1)各种使用交变电流的电器设备铭牌上所标明的额定值均为有效

值。

(2)交流电表(电压表或电流表)所测值为有效值。

(3)计算交变电流的功、功率、热量等用有效值。

(4)没有特别说明的交变电流数值都指有效值。

三、相位

1、交变电流的表达式U,Umsin(ωt,φ),正弦符号“st,φ,称为交变电流的相位。

sin”后面的量,即ω

2、初相位,t=0时交变电流的相位。

5.3电感和电容对交变电流的影响

前言,电阻对交流和直流的阻碍作用相同。

、电感器对交变电流的阻碍作用

1、电感对直流电没有阻碍作用,交流电有阻碍作用。

简单记为,通直阻交、通低频、阻高频

2、电感线圈对交流电的阻碍作用的大小用感抗表示。

3、影响感抗大小的因素

线圈的自感系数越大,交变的频率越高,电感对交流的阻碍作用就越

大,也就是感抗越大。公式表示为,

X(2)fL

直流电,可以看成f=0,频率很低,的交变电流,这时感抗XL=0、所以可以通过,当f很大时,感抗XL不为0,阻碍电流通过,所以对高频电流起阻碍作用。

1、电感在生产科技中的应用,

①低频扼流圈,对低频交流电有很大的阻碍作用。

②高频扼流圈,对高频交流电有很大的阻碍作用。

二、交变电流能够通过电容器

1、电容阻直流,是因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了,故只有在通

电的瞬间有短暂电流。

2、电容通交流,实际上也并没有电荷通过电容器的两个极板间的绝缘介质,

但当交流电压升高时,对电容器充电,有充电电流,而当交流电压降低时,

电容器放电,有放电电流。如此交替进行。

三、电容器对交变电流的阻碍作用

1、电容对直流电有阻碍作用,交流电没有有阻碍作用。

简单记为,通交阻直、阻低频,通高频

2、电容对交流电的阻碍作用的大小用容抗表示。

3、影响容抗大小的因素

电容越大,交变电流的频率越高,充放电进行得越快,充放电电流越

大,容抗越小。用公式表示为,

2,fC

4、电容器与用电安全,为了确保安全,电气设备和电子仪器的金属外壳都

应该接地。

5.4变压器

变压器就是改变交流电压的设备。

、变压器的原理

1、变压器的构造

(1)闭合铁芯,绝缘硅钢片叠合而成,

(2)原线圈,与电源连接,,其匝数用n

表示

(3)副线圈,与负载连接,,其匝数用n

表示

(4)输入电压,U

;输出电压,U

2、变压器的原理

(1)互感现象是变压器工作的基础。

(2)从能量角度分析,

原线圈,输入的电能交变磁场能

副线圈,交变磁场能输出的电能

没有铁芯,大部分磁感线都流失在线圈外,故传输电能的效率太差,

而铁芯存在,使绝大部分磁感线集中在铁芯上,大大增强了变压器传输电

能的效率。

3、理想变压器

如果工作时变压器的磁通量的漏失和能量损失忽略不计,副线圈的输

出功率等于原线圈的输入功率,这样的变压器就是理想变压器。

Un

二、电压与匝数关系,112n2①当n,n时,升压变压器,U

212

,U

②当n2,n1时,降压变压器(U2)U1,

简单记忆,那边匝数多,它的电压就高。

In

12、理想变压器的功率关系和电流关系,2n1

变压器工作时,高压线圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕

制,低压线圈匝数少而通过的电流大,应当用较粗的导线绕制。这也是

判定高压线圈和低压线圈的一种方法。

四、输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系

①输入功率P1由输出功率P2决定(P1)P2U1由电源决定,

③U2由U1和匝数比决定, U1 n 12 n2

I2, I2由U2和负载决定,

1I I1由I2和匝数比决定, 2

负载

n 2n

、 电能的输送

1、 电能输送的优点,①电能来源广泛,②电能便于输送。

2、输送电能的基本要求,

①可靠,是指保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电。

②保质,就是保证电能的质量, 即电压和频率稳定。

③经济,是指输电线路建造和运行的成本低, 电能损耗小。

二、降低输电损耗的两个途径

1、减少输电线的电阻

①减小材料的电阻率ρ,银的电阻率最小,但价格昂贵, 目前选用电阻率较

小的铜或铝作输电线。

②减小输电线的长度L不可行,输电距离一定。

③增加导线的横截面积S,可适当增大横截面积。但是要增大导线的截面积,

就要多耗费金属材料,这不但使造价提高,而且会使金属导线太重,既不经

济又架设困难。

2、减小导线中的输电电流

采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施。

、 电网供电

四、输

电线

路中的参量关系

1、功率关系,

①升压变压器, P1=P2 ②降压变压器, P3=P4

③传输过程, P2=Pr+P3 Pr又叫损失的电功P损。、 电压关系,

①升压变压器,

②降压变压器,

③传输过程,

3、 电流关系,

Ur又叫损失的电压U损

①升压变压器,

②降压变压器,

③传输过程,

2 P2 2 (I R ), ,R 线 线 线2、输电导线上损耗的功率,

五、解题方法思路

①画出供电图

②以变压器铁心为界线分出各个回路,各回路可独立运用欧姆定律分析。

③各回路间通过线圈匝数比与电压比和电流比的关系,总功率不变等联系求

解。