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交变电流交变电流知知 识识 网网 络络交变电流交变电流交变电流的产生及其变化规律交变电流的产生及其变化规律描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量 峰值峰值瞬时值瞬时值有效值、平均值有效值、平均值周期、频率周期、频率交流电路交流电路电感、电容的作用电感、电容的作用变压器变压器远距离输电远距离输电交变电流：交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流简称：交流（简称：交流（AC AC）直流电流：直流电流：方向不随时间变化的电流（方向不随时间变化的电流（DCDC）理解：方向随时间作理解：方向随时间作周期性变化的电流周期性变化的电流一、交变电流的概念一、交变电流的概念1在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。A B DtiABCD二、交变电流的产生二、交变电流的产生交流发电机模型交流发电机模型两个特殊位置：两个特殊位置：第一特殊位置：第一特殊位置：S SB中性面特点：中性面特点：2 2、导体边不切割磁感、导体边不切割磁感线线1 1、磁通量最大、磁通量最大=maxmax所以，所以，E E感感=0=0，i i感感=0=0即：此时线圈中无电流！即：此时线圈中无电流！中性面中性面特点：特点：2 2、导体边垂直切割磁感线、导体边垂直切割磁感线1 1、磁通量为最小，、磁通量为最小，=0=0第二特殊位置：第二特殊位置：SB线圈中有感应电流线圈中有感应电流方向：方向：D DC CB BA A1、正弦交变电流的图象、正弦交变电流的图象eoEmT/4T/42T/42T/43T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t三、交变电流的图像和变化规律三、交变电流的图像和变化规律线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周一周，两次两次经过中性面，电流方向改变经过中性面，电流方向改变两次两次三、交变电流的图像和变化规律三、交变电流的图像和变化规律2 2、交变电流的变化规律、交变电流的变化规律(1)(1)感应电动势感应电动势:(2)(2)感应电流感应电流:(3)(3)外电路电阻两端的电压外电路电阻两端的电压:e=nBssint=e=nBssint=Emsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)i=(nBs/R)sint=i=(nBs/R)sint=Imsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)u=u=Umsint(从中性面开始计时从中性面开始计时)e=nBscost=e=nBscost=Emcost(从从BS开始计时开始计时)i=(nBs/R)cost=i=(nBs/R)cost=Imcost(从从从从BS开始计时开始计时)u=u=Umcost(从从从从BS开始计时开始计时)2 一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下面说法中正确的是规律如图所示，下面说法中正确的是()()：A.A.T T1 1时刻通过线圈的磁通量为零；时刻通过线圈的磁通量为零；B.B.T T2 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C.C.T T3 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D.D.每当每当e e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大。为最大。D1、如图所示，有一矩形线圈、如图所示，有一矩形线圈 abcd 在匀强在匀强磁场中分别绕磁场中分别绕O1、O2轴以同样的角速度匀轴以同样的角速度匀速转动，那么此线圈在以速转动，那么此线圈在以O1、O2为轴分别为轴分别旋转到线圈平面与磁场垂直时，所产生的旋转到线圈平面与磁场垂直时，所产生的感应电流之比为感应电流之比为 A、1 2 B、2 1 C、1 4 D、4 1 E、1 1O1acdbO1O2B1 1周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间2 2频率：频率：1s1s内交变电流完成周期性变化的次数内交变电流完成周期性变化的次数fT12我国工农业及生活用电的周期为我国工农业及生活用电的周期为0.02s0.02s，频率为，频率为50Hz50Hz，电流方向每秒改变电流方向每秒改变100100次次 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势最大值：转时，电动势最大值：nBSEmtNBSesin0t/sU/VUm电压最大值电压瞬时值（1 1）定义：使交变电流和直流通过）定义：使交变电流和直流通过相同阻值相同阻值的电阻，如果它们的电阻，如果它们在在相等时间相等时间内产生的内产生的热量相等热量相等，就把这一直流的数值叫做这一，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值交变电流的有效值（热效应相同）（热效应相同）（2 2）说明：）说明：交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的方向方向无无关，关，计算电功和热量必须用有效值计算电功和热量必须用有效值有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的周期的时间来确定有效值的交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。注意：电容器的耐压值是交流的最大值。(4)(4)一般用电器上标注的额定值是一般用电器上标注的额定值是有效值有效值，而电容器，而电容器上标注的是上标注的是最大值最大值ENt计算通过某导体截面的计算通过某导体截面的一定要用平均值。一定要用平均值。(3)(3)正弦（或余弦）正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间交变电流有效值与最大值之间的关系的关系mmIII707.02mmUUU707.021 1、下列说法正确的是、下列说法正确的是（）A A电流在一个周期内电流方向改变两次电流在一个周期内电流方向改变两次B B电流的有效值是最大值的倍电流的有效值是最大值的倍C C因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同值与平均值相同D D若正弦交变电流的最大值是若正弦交变电流的最大值是10A10A，则它的最小值，则它的最小值是是-10A-10A 2/1 2、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（大值和周期分别变为（）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08s3 3、一个电阻接在、一个电阻接在10V10V的直流电源上，它的发热功率的直流电源上，它的发热功率是是P P，当接到电压为，当接到电压为u=10sintVu=10sintV的交流电源上，它的交流电源上，它的发热功率（的发热功率（）A A0.25P B0.25P B0.5P C0.5P CP DP D2P2P4 4、如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交、如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？变电流的有效值是多大？4 23 25A5.5.图中两交变电流通过相同的电阻图中两交变电流通过相同的电阻R R。求：。求：（1 1）分别写出它们的有效值、周期和频率。）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2 2）计算它们在）计算它们在R R上产生的功率之比。上产生的功率之比。【练习】【练习】图图13-16所示是一个交流发电机的示意图线框所示是一个交流发电机的示意图线框abcd处于匀强磁场中，已知处于匀强磁场中，已知ab=bc=10cm.B=1T，线圈匝，线圈匝数数n=100，线圈电阻，线圈电阻r=5，外电路负载电阻，外电路负载电阻R=5，线圈，线圈以以600rmin的转速匀速转动，求：的转速匀速转动，求：（1）求感应电动势的最大值）求感应电动势的最大值 (2)写出感应电动势的瞬时表达式。写出感应电动势的瞬时表达式。(3)从如图示位置开始经过从如图示位置开始经过160s时感应电动势的瞬时值为多少时感应电动势的瞬时值为多少?(4)电流表和电压表的读数；电流表和电压表的读数；(5)从如图所示位置开始转过从如图所示位置开始转过30角的过程中的平均感应角的过程中的平均感应电动势值为多少电动势值为多少?（6）从如图示开始转过）从如图示开始转过60 ,灯泡上的发热量。灯泡上的发热量。（7）从如图示开始转过）从如图示开始转过60 ，灯泡上流过的电量。，灯泡上流过的电量。（8）线圈转动一圈，外力做的功）线圈转动一圈，外力做的功例例1 1：某交流电压随时间的变某交流电压随时间的变化规律如图所示，则此交流电化规律如图所示，则此交流电的频率是的频率是_Hz_Hz，交流电压，交流电压的有效值等于的有效值等于_V_Vu/vt/s100-5000.20.40.6例例2 2：图为一交流随时间变化图为一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值的图像，求此交流的有效值 i/At/s2-401234例例3：电路两端的交流电压电路两端的交流电压u=Umsin314t(V)，在，在t=0.005s时时的电压为的电压为10V，则此时接在电路两端的电压表读数是，则此时接在电路两端的电压表读数是_V例例4：一交流电压一交流电压u=15sin100t(V)，将该交流电压加在一，将该交流电压加在一电阻上时，产生的电功率为电阻上时，产生的电功率为25W，求该电阻，求该电阻R的阻值。的阻值。一、电感对交变电流的阻碍作用一、电感对交变电流的阻碍作用1.感抗感抗1、反映电感对交变电流阻碍作用的大小。、反映电感对交变电流阻碍作用的大小。2、影响感抗大小的因素、影响感抗大小的因素自感系数越大、交流的频率越高，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗越大。感抗越大。5.3 5.3 电感和电容对交变电流的影响电感和电容对交变电流的影响3 3、特性：、特性：通直流、阻交流；通低频、阻高频通直流、阻交流；通低频、阻高频4、应用：、应用：（a）低频扼流圈：）低频扼流圈：（b）高频扼流圈：）高频扼流圈：低频扼流圈和高频扼流圈低频扼流圈和高频扼流圈 A A、构造：线圈绕在铁芯上，匝数多、构造：线圈绕在铁芯上，匝数多B B、作用：、作用：“通直流、阻交流通直流、阻交流”A A、构造：线圈绕在铁氧体芯上，匝数少、构造：线圈绕在铁氧体芯上，匝数少B B、作用：、作用：“通直流、通低频，阻高频通直流、通低频，阻高频”2.容抗容抗（1）反映电容对交流的阻碍作用）反映电容对交流的阻碍作用（2）影响容抗大小的因素）影响容抗大小的因素 电容越大，交流的频率越高电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍，电容器对交流的阻碍作用就越小，作用就越小，容抗越小容抗越小。3.应用应用（1）隔直电容：隔直流，通交流。）隔直电容：隔直流，通交流。（2）高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而）高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。将低频信号送到下一级。作用：通高频，阻低频。作用：通高频，阻低频。*公式：公式：fCXC21通交流、隔直流，通高频、阻低频通交流、隔直流，通高频、阻低频小结：小结：通直流通直流，阻交流阻交流 通低频，通低频，阻高频阻高频 电容对交变电流的作用：电容对交变电流的作用：通交流通交流，隔直流，隔直流 通高频通高频，阻低频，阻低频电感对交变电流的作用：电感对交变电流的作用：低频扼流圈（低频扼流圈（L大）大）高频扼流圈（高频扼流圈（L小）小）隔直电容器隔直电容器高频旁路电容器高频旁路电容器（C小）小）例例1、如图所示，从、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频端输入的交流含有高频和低频成分，为了使成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其示电路，其L的作用是的作用是_，C的作用的作用是是_。解析：因解析：因L有有“通低频、通低频、阻高频阻高频”的特点，的特点，因此因此L的作用是阻挡高频成分；而通过的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有后还有少量的高频成分，利用少量的高频成分，利用C“通高频通高频、阻低频、阻低频”的的特点，使绝大部分高频成分从特点，使绝大部分高频成分从C流过。流过。练习练习1、如图所示，线圈、如图所示，线圈L的自感系数和电容器的自感系数和电容器的电容的电容C都很小（如都很小（如L100H，C100pF）。）。此电路的主要作用是此电路的主要作用是-（）A阻直流、通交流，输出交流阻直流、通交流，输出交流B阻交流、通直流，输出直流阻交流、通直流，输出直流C阻低频、通高频，输出高频交变电流阻低频、通高频，输出高频交变电流D阻高频、通低频，输出低频交变电流和直阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电流电D例例2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U220V、频率、频率f50Hz时，三只灯时，三只灯A、B、C的亮度相的亮度相同（同（L无直流电阻）。无直流电阻）。（1）将交流电源的频率变为）将交流电源的频率变为f100Hz，则，则（）（2）将电源改为）将电源改为U220V的直流电源，则的直流电源，则（）AA灯比原来亮灯比原来亮 BB灯比原来亮灯比原来亮 CC灯和原来一样亮灯和原来一样亮 DC灯比原来亮灯比原来亮 AC BC1、变压器的动态问题、变压器的动态问题2、副线圈为多个的理想变压器的求解问题、副线圈为多个的理想变压器的求解问题3、远距离输电问题、远距离输电问题1、示意图示意图(1)闭合铁芯闭合铁芯 (绝缘硅钢片叠合而成绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈原线圈(初级线圈初级线圈)其匝数用其匝数用n1表示表示 与交变电源相连与交变电源相连(3)副线圈副线圈(次级线圈次级线圈)其匝数用其匝数用n2表示表示 与负载相连与负载相连(4)输入电压输入电压U1 输出电压输出电压U2铁芯铁芯U1U2 n1n22、符号、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接接交变电压交变电压U1后，副线圈是否产生电压后，副线圈是否产生电压U2？n1n2n1n2无铁芯无铁芯有铁芯有铁芯铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘没有能量损失的变压器没有能量损失的变压器P入入P出出输入功率等于输出功率输入功率等于输出功率1、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压降压变压器变压器2121nnUU 理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的端电压端电压 跟它们的跟它们的匝数匝数成成正比正比理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输出功率即即:121221nnUUII 理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电流电流 跟它们的跟它们的匝数匝数成成反比反比4、如图所示，理想变压器的原线圈与灯、如图所示，理想变压器的原线圈与灯泡泡A串联后，加上交变电压串联后，加上交变电压U，副线圈两，副线圈两端电压为端电压为U2，接有，接有B和和C两个灯泡，若两个灯泡，若A、B、C是三个相同的灯泡，且均正常发光，是三个相同的灯泡，且均正常发光，则则U U2=_。UBAC3.、如图所示，一理想变压器给负载供电，已、如图所示，一理想变压器给负载供电，已知变压器的输入电压不变，如果负载电阻的滑知变压器的输入电压不变，如果负载电阻的滑动触头向上移动，则图中各交流电表的读数及动触头向上移动，则图中各交流电表的读数及输入功率输入功率P 变化情况正确的是变化情况正确的是 A、V1、V2不变，不变，A1增大，增大，A2减小，减小，P 增大增大 B、V1、V2不变，不变，A1、A2增大，增大，P 增大增大 C、V1、V2不变，不变，A1、A2减小，减小，P 减小减小 D、V1不变，不变，V2 增大，增大，A1减小，减小，A2增大，增大，P 减减小小A1A2RV1V2u5、如图是一个理想变压器的电路图，若、如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为光，则原、副线圈的匝数比为 （）A.5 1 B.1 5 C.4 1 D.1 4n1n2UAB解解：设灯泡正常发光的电流为：设灯泡正常发光的电流为I，则原、副线圈的电流分别为则原、副线圈的电流分别为I和和4I，如图示。，如图示。I4I所以原、副线圈的匝数比为所以原、副线圈的匝数比为 4 1C在输电过程中，电压必须进行调整。在输电过程中，电压必须进行调整。电能输送的历程 请根据对电能输送的介绍，画出电能输送的简请根据对电能输送的介绍，画出电能输送的简图，图，*（设一个发电厂一对一的单一用户端进（设一个发电厂一对一的单一用户端进行供电）行供电）21PP43PP 线PPP32122121IInnUU344343IInnUU线UUU32线III32线RUUUPUPI3233222)(32232UUIPPP耗远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系:功率关系功率关系:,电流、电压关系电流、电压关系:输电电流输电电流:输电导线上损耗的电功率输电导线上损耗的电功率:6.远距离输电时远距离输电时,输送电压为输送电压为6 000 V,功率为功率为500 kW,这时这时,安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜里安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜里读数相差读数相差4 800 kWh,则输电效率为多少则输电效率为多少?输电导线的输电导线的电阻为多少电阻为多少?7.如图所示如图所示,某小型水电站发电机的输出功率为某小型水电站发电机的输出功率为10 kW,输出电压为输出电压为400 V,向距离较远的用户供电向距离较远的用户供电,为了减为了减少电能损耗少电能损耗,使用使用2 kV高压输电高压输电,最后用户得到最后用户得到“220 V9.5 kW”的电能的电能,求求:
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