文档介绍：交变电流知识网络: 单元切块: 按照考纲的要求,本章内容可以分成两部分,即: 交变电流; 变压器、电能的输送。其中重点是交变电流的规律和变压器,交流电路的分析和计算是复****的难点。交变电流教学目标: 1. 掌握交流发电机及其产生正弦式电流的原理,正弦式电流的图象和三角函数表达, 2 .理解最大值与有效值,周期与频率; 3. 知道电阻、电感和电容对交变电流的作用,感抗和容抗教学重点: 交流的基本概念教学难点: 交流电路的分析与计算教学方法: 讲练结合,计算机辅助教学教学过程: 一、交变电流的产生 1. 正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时,. 设矩形线圈 abcd 以角速度ω绕 oo' 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动. 此时, 线圈都不切割磁感线, 线圈中感应电动势等于零. 经过时间 t 线圈转过ωt角, 这时 ab 边的线速度 v 方向跟磁感线方向夹角等于ωt,设 ab 边的长度为 l, bd 边的长度为 l', 线圈中感应电动势为 t l Ble?? sin 2 2 ??当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,线圈转过 T /4 时间, ωt=π/2, ab 边和 cd 边都垂直切割磁感线, sin ωt =1, 线圈中感应电动势最大,用E m 来表示,E m= =E m sin ωt 由上式知,在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的. 根据闭合电路欧姆定律:tR ER ei m? sin ??,令R EI mm?, 则 i=I m sin ωt 路端电压 u=iR=I mR sin ωt ,令 U m=I mR ,则 u=U m sin ωt 如果线圈从如图所示位置开始转动,电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化 e=E m cos ωt i=I m cos ωt u=U m cos ωt 2 .中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这个特定位置叫做中性面. 应注意: ①中性面在垂直于磁场位置. ②线圈通过中性面时,穿过线圈的磁通量最大. ③线圈平面通过中性面时感应电动势为零. ④线圈平面每转过中性面时,线圈中感应电流方向改变一次,转动一周线圈两次通过中性面,故一周里线圈中电流方向改变两次. 3 .正弦交流电的图象矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动,线圈里产生正弦交流电. 当线圈从中性面开始转动,在一个周期中:在 t(0,T /4 )时间内,线圈中感应电动势从 0 达到最大值 E (T /4,T /2) 时间内, 线圈中感应电动势从最大值 E m 减小到 (T /2,3T /4) 时间内, 线圈中感应电动势从 0 增加到负的最大值-E (3T /4,T) 时间内,线圈中感应电动势的值从负的最大值-E m 减小到 0. 电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同,如图所示. 二、描述交变电流的物理量 1 、瞬时值:它是反映不同时刻交流电的大小和方向,正弦交流瞬时值表达式为: te m?? sin ?,tIi m? sin ?. 应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为 220V , 其最大值为 2202 V=311V ( 有时写为 310V ), 频率为 50H Z, 所以其电压瞬时值的表达式为 u =311sin314 tV。【例1】有一正弦交流电源, 电压有效值 U= 120V , 频率为 f= 50Hz 向一霓虹灯供电, 若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为 U 0= 602 V, 试估算在一个小时内, 霓虹灯发光时间有多长? 为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象? 解析:由正弦交流电的最大值与有效值 U 的关系得: U m= 1202 V 设 t=0 时交流电的瞬时电压 U= 0 则交流电的瞬时表达式为 U= 1202 sin100 ? tV 如图所示, 画出一个周期内交流电的 U-t 图象, 其中阴影部分对应的时间 t 1 表示霓虹灯不能发光的时间, 根据对称性, 一个周期内霓虹灯不能发光的时间为 4t 1, 当 U=U 0= 602 V 时,由上式得 t 1= 1/600s ,再由对称性求得一个周期内能发光的时间: t=T-4t 1=s75 1 再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为: t=s2400 75 150 1 3600 ??很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的,而熄灭的时间只有 1/300s (如图 t 2 时刻到 t 3 时刻) 由于人的眼睛具有视觉暂留现象, 而这个视觉暂留时间约 1/16s 为远大于 1/300 s, 因此经过