交变电流单元复习课修改稿.pptx

12L2交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述一、交变电流一、交变电流1、交变电流：、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电2、正弦交流电、正弦交流电随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。二、交变电流的产生二、交变电流的产生1 1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做、产生：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，闭合线圈中就有交流电产生匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生 L1L2线圈平面与磁线圈平面与磁感线垂直位置感线垂直位置开始计时开始计时e=Emsinti=Imsintu=UmsintEm=NBS32、中性面：、中性面：与磁场方向垂直的平面与磁场方向垂直的平面特点：特点：线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次线圈中电流方向改变两次 3 3、正弦交流电的图象、正弦交流电的图象 从中性面开始计时，通过线圈的磁通量及交流电路中电动从中性面开始计时，通过线圈的磁通量及交流电路中电动从中性面开始计时，通过线圈的磁通量及交流电路中电动从中性面开始计时，通过线圈的磁通量及交流电路中电动势、电流、路端电压随时间变化如图：势、电流、路端电压随时间变化如图：势、电流、路端电压随时间变化如图：势、电流、路端电压随时间变化如图：4三、描述交变电流的物理量三、描述交变电流的物理量1、瞬时值、瞬时值反映不同时刻交流电的大小和方向反映不同时刻交流电的大小和方向 表达式表达式e=Emsint i=Imsint u=Umsint 我国生活中用的市电电压为我国生活中用的市电电压为220V，其最大值为，其最大值为频率为频率为50Hz，电压的瞬时表达式：，电压的瞬时表达式：u=311sin314t（V）交流发电机在工作时的电动势为交流发电机在工作时的电动势为e=Emsin(t)e=Emsin(t)，若将其线圈，若将其线圈的转速提高为原来的两倍，则其电动势表达式变为的转速提高为原来的两倍，则其电动势表达式变为(）A A、e=Emsin(t/2)e=Emsin(t/2)B B、e=2Emsin(t/2)e=2Emsin(t/2)C C、e=Emsin(2t)e=Emsin(2t)D D、e=2Emsin(2t)e=2Emsin(2t)如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是（匀速转动，则下列说法中正确的是（）A A、t=0t=0时刻线圈位于中性面时刻线圈位于中性面B B、t t1 1时刻，交流电改变方向时刻，交流电改变方向C C、t t2 2时刻，线圈的交流电动势最大时刻，线圈的交流电动势最大D D、t t1 1-t-t2 2时间内，线圈的交流电动势在增大时间内，线圈的交流电动势在增大5有一正弦交流电源，电压最大值有一正弦交流电源，电压最大值Um=120V，频率为，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向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么，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？人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？一个按正弦规律变化的交流电流，如图所示，根据图像一个按正弦规律变化的交流电流，如图所示，根据图像可以知道可以知道A A该交流电流的频率是该交流电流的频率是0.02Hz0.02HzB B该交流电流的有效值是该交流电流的有效值是0.14A0.14AC C该交流电流的瞬时值表示式该交流电流的瞬时值表示式 为为i=0.20sin0.02tAi=0.20sin0.02tAD D在在t=T/8(Tt=T/8(T是周期是周期)时刻，该电流的大小与其有效值相等时刻，该电流的大小与其有效值相等62 2、最大值、最大值也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围流电大小的变化范围 当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em=NBS。把一电容器把一电容器C接在接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器穿，电容器C的耐压值是多少？的耐压值是多少？3、平均值、平均值 不能用算术平均法即：不能用算术平均法即：E=（E1+E2）/2来计算来计算在计算感应电量时必须要用平均值在计算感应电量时必须要用平均值平均值不等于有效值平均值不等于有效值如图所示，求线圈由图示位置转过如图所示，求线圈由图示位置转过90角的过角的过程中，通过线圈某一横截面的电量（线圈的面程中，通过线圈某一横截面的电量（线圈的面积为积为S S，电阻为，电阻为R R）74、有效值、有效值 有效值是根据电流的热效应规定的有效值是根据电流的热效应规定的 让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：最大值之间的关系是：通常所说的交流电压、电流值通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测量值交流电表的测量值，用电器用电器铭牌上所标数值铭牌上所标数值，计算交流电通过导体产生的热量计算交流电通过导体产生的热量、发热功发热功率率、保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流等，都指的是等，都指的是有效值有效值。通过某电阻通过某电阻的周期性交变的周期性交变电流的图象如电流的图象如右。求该交流右。求该交流电的有效值电的有效值I8要点再现要点再现9交流发电机转子有交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁，匀强磁场的磁感应强度为场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为，线圈内电阻为r，外电路电阻为，外电路电阻为R。当线圈由图中位置匀速转动。当线圈由图中位置匀速转动60。求：。求：此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为多少？此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为多少？R R两端两端的电压为多少？的电压为多少？在此过程中通过在此过程中通过R的电荷量的电荷量q为多少？为多少？R上产生电热上产生电热QR为多少？为多少？外力做的功外力做的功W为多少？为多少？发电机的输出功率为多少？发电机的输出功率为多少？闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中产生的交变电动势的瞬时值表达式为中产生的交变电动势的瞬时值表达式为e=311sin(314t)Ve=311sin(314t)V。则。则此交流电的峰值为此交流电的峰值为，有效值为，有效值为，周期为，周期为，频率为，频率为。10四、感抗和容抗四、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用感抗表示电感对交变电流的阻碍作用。特点：特点：“通直流，阻交流通直流，阻交流”、“通低频，阻高频通低频，阻高频”2容抗表示电容对交变电流的阻碍作用容抗表示电容对交变电流的阻碍作用。特点特点：“通交流，隔直流通交流，隔直流”、“通高频，阻低频通高频，阻低频”在图所示的电路中，如果交变电流的频率增在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，大，1 1、2 2和和3 3灯的亮度变化情况是（灯的亮度变化情况是（）A A1 1、2 2两灯均变亮，两灯均变亮，3 3灯变暗灯变暗 B B1 1灯变亮，灯变亮，2 2、3 3两灯均变暗两灯均变暗 C C1 1、2 2灯均变暗，灯均变暗，3 3灯亮度不变灯亮度不变 D D1 1灯变暗，灯变暗，2 2灯变亮，灯变亮，3 3灯亮度不变灯亮度不变 11变压器、远距离输电变压器、远距离输电一、理想变压器一、理想变压器 1理想变压器的构造、作用、原理及特征理想变压器的构造、作用、原理及特征 构造：两组线圈构造：两组线圈(原、副线圈原、副线圈)绕在同一个闭合铁芯上构成变压器绕在同一个闭合铁芯上构成变压器 作用：在输送电能的过程中改变电压作用：在输送电能的过程中改变电压 原理：利用了电磁感应现象原理：利用了电磁感应现象 特征：变压器只能改变交变电压特征：变压器只能改变交变电压 2理想变压器的理想化条件及其规律理想变压器的理想化条件及其规律 原线圈两端加交变电压原线圈两端加交变电压U1 电磁感应电磁感应 忽略原、副忽略原、副 线圈内阻线圈内阻(铜损铜损)忽略铁芯忽略铁芯中的漏磁中的漏磁(铁损铁损)U1E1，U2E2 12对理想变压器有：对理想变压器有：P入入=P出出即：只有一只副线圈时即：只有一只副线圈时 I1U1=I2U2存在多只副线圈时存在多只副线圈时 I1U1=I2U2+I3U3+n1I1=n2I2+n3I3+注意：注意：变压器的输出电压由输入电压决定；变压器的输出电压由输入电压决定；变压器的输入功率由输出功率决定；变压器的输入功率由输出功率决定；副线圈中所接电阻常称为负载电阻，副线圈中所接电阻常称为负载电阻，“负载负载”则为电则为电阻消耗的功率。阻消耗的功率。13如图所示，在绕制变压器时，某人将两个线如图所示，在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在图示铁芯的左右两个臂上，当通以交流圈绕在图示铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1 1、2 2的匝数比为的匝数比为N N1 1N N2 2=21=21，在不接负载的情况下（，在不接负载的情况下（）A A当线圈当线圈1 1输入电压输入电压220 V220 V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为110 V 110 V B B当线圈当线圈1 1输入电压输入电压220 V220 V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为55 V 55 V C C当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110 V110 V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为220 V 220 V D D当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110 V110 V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为110 V 110 V 注意：注意：变压器原线圈中磁通量发生变化时，通常在闭变压器原线圈中磁通量发生变化时，通常在闭合的合的“口口”字形铁芯中字形铁芯中/t/t相等；但当遇到相等；但当遇到“”型变压器时有型变压器时有1 1/t=/t=2 2/t+/t+3 3/t /t 注意：注意：变压器原线圈中磁通量发生变化时，通常在闭变压器原线圈中磁通量发生变化时，通常在闭合的合的“口口”字形铁芯中字形铁芯中/t/t相等；但当遇到相等；但当遇到“”型变压器时有型变压器时有1 1/t=/t=2 2/t+/t+3 3/t /t 14 理想变压器初级线圈和两个次级线理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为圈的匝数分别为n n1 1=1760=1760匝、匝、n n2 2=288=288匝、匝、n n3 3=8000=8000匝，电源电压为匝，电源电压为U U1 1=220V=220V。n n2 2上上连接的灯泡的实际功率为连接的灯泡的实际功率为36W36W，测得初，测得初级线圈的电流为级线圈的电流为I I1 1=0.3A=0.3A，求通过，求通过n n3 3的负的负载载R R的电流的电流I I3 3 如图所示，理想变压器的原线圈与如图所示，理想变压器的原线圈与灯泡灯泡A A串联后，加上交变电压串联后，加上交变电压U U，副线，副线圈两端电压为圈两端电压为U U2 2，接有，接有B B和和C C两个灯泡，两个灯泡，若若A A、B B、C C是三个相同的灯泡，且均正是三个相同的灯泡，且均正常发光，则常发光，则UUUU2 2=_=_。UBAC153 3解决变压器问题的常用方法解决变压器问题的常用方法 变压器原、副线圈的电压之比为变压器原、副线圈的电压之比为U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2；当变压器有多个副绕组时；当变压器有多个副绕组时U U1 1/n/n1 1=U=U2 2/n/n2 2=U=U3 3/n/n3 3=思路思路1 1：电压思路：电压思路思路思路2 2：功率思路：功率思路 理想变压器的输入、输出功率为理想变压器的输入、输出功率为P P入入=P=P出出，即即P P1 1=P=P2 2；当变压器有多个副绕组时；当变压器有多个副绕组时P P1 1=P=P2 2+P+P3 3+思路思路3 3：电流思路：电流思路 由由I=P/UI=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有知，对只有一个副绕组的变压器有I I1 1/I/I2 2=n=n2 2/n/n1 1；当变压器有多个副绕组时；当变压器有多个副绕组时n n1 1I I1 1=n=n2 2I I2 2+n+n3 3I I3 3+16思路思路4 4：（变压器动态问题）制约思路：（变压器动态问题）制约思路 电压制约：电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（当变压器原、副线圈的匝数比（n n1 1/n/n2 2）一定）一定时，输出电压时，输出电压U U2 2由输入电压决定，即由输入电压决定，即U U2 2=n=n2 2U U1 1/n/n1 1，可简述为，可简述为“原制约副原制约副”电流制约：电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（当变压器原、副线圈的匝数比（n n1 1/n/n2 2）一定，）一定，且输入电压且输入电压U U1 1确定时，原线圈中的电流确定时，原线圈中的电流I I1 1由副由副线圈中的输出电流线圈中的输出电流I I2 2决定，即决定，即I I1 1=n=n2 2I I2 2/n/n1 1，可简，可简述为述为“副制约原副制约原”负载制约：负载制约：变压器副线圈中的功率变压器副线圈中的功率P P2 2由用户负载决由用户负载决定，定，P P2 2=P=P负负1 1+P+P负负2 2+；变压器副线圈中的电流变压器副线圈中的电流I I2 2由用户负载及电由用户负载及电压压U U2 2确定，确定，I I2 2=P=P2 2/U/U2 2；总功率总功率P P总总=P=P线线+P+P2 2 17动态分析问题的思路程序：动态分析问题的思路程序：如图，为一理想变压器，如图，为一理想变压器，K K为单刀双掷开关，为单刀双掷开关，P P为为滑动变阻器的滑动触头，滑动变阻器的滑动触头，U U1 1为加在原线圈两端的电压，为加在原线圈两端的电压，I I1 1为原线圈中的电流强度，则为原线圈中的电流强度，则 A A保持保持U U1 1及及P P的位置不变，的位置不变，K K由由a a合到合到b b时，时，I I1 1将增大将增大 B B保持保持U U1 1及及P P的位置不变，的位置不变，K K由由b b合到合到a a时，时，R R消耗的功消耗的功率减小率减小 C C保持保持U U1 1不变，不变，K K合在合在a a处，使处，使P P上滑，上滑，I I1 1将增大将增大 D D保持保持P P的位置不变，的位置不变，K K合在合在a a处，若处，若U U1 1增大，增大，I I1 1将增大将增大 18二、远距离输电二、远距离输电 19发电机输出功率为发电机输出功率为100 kW100 kW，输出电压是，输出电压是250 V250 V，用户需要的电，用户需要的电压是压是220 V220 V，输电线电阻为，输电线电阻为10.10.若输电线中因发热而损失的功若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的率为输送功率的4%4%，试求：，试求：在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比；在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比；画出此输电线路的示意图画出此输电线路的示意图 用户得到的电功率是多少？用户得到的电功率是多少？20再见!