交变电流复习课

交变电流复习课交变电流复习课专题一交变电流的产生及其变化规律专题一交变电流的产生及其变化规律知知 识识 网网 络络交交变变电电流流交变交变电流的产生及其变化规律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最大值最大值瞬时值瞬时值有效值有效值周期、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远距离输电距离输电一、交变电流的产生一、交变电流的产生：如图所示，将线圈置于：如图所示，将线圈置于匀强磁场中，并绕匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴垂直于磁感线的轴做做匀速匀速转动转动，线圈中就会产生正，线圈中就会产生正(余余)弦交变电流弦交变电流L L2 2一、交变电流的产生一、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、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交流电产生 L L1 1L L2 2线圈平面线圈平面与磁感线与磁感线垂直位置垂直位置开始计时开始计时e=e=E Em msinsintti=i=I Im msinsinttu=u=U Um msinsinttE Em m=NB=NBSS2 2、中性面：、中性面：与与磁场方向垂直的平面磁场方向垂直的平面特点：特点：线圈通过中性面时，穿过线圈的线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通磁通量最大量最大，但磁通量的，但磁通量的变化率为零变化率为零，感应，感应电动势为零；电动势为零；线圈平面每次转过中性面时，线圈中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，故一周里线圈中电流两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次方向改变两次 v3、交流电的图象三、描述交变电流的物理量三、描述交变电流的物理量1 1 1 1、瞬时值、瞬时值、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=e=E Em msinsintt i=i=I Im msintsint u=u=U Um msintsint 我国生活中用的市电电压为我国生活中用的市电电压为220V220V，其最大值为其最大值为 频率为频率为50Hz50Hz，电压的瞬时表达式：电压的瞬时表达式：u=311sin314tu=311sin314t（V V）例例1 1：有一正弦交流电源，电压有效值有一正弦交流电源，电压有效值U=120VU=120V，频率为频率为f=50Hzf=50Hz向霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电向霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为压和熄灭电压均为U U0 0=60 V=60 V，试计算在一个周试计算在一个周期内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能期内，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？感到这种忽明忽暗的现象？2 2、最大值、最大值也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围映的是交流电大小的变化范围 当线圈平面跟磁感线当线圈平面跟磁感线平行平行时，交流时，交流电动势最大电动势最大，E Em m=NBS=NBS。例例2 2：把一电容器把一电容器C C接在接在220V220V的交流电路中，为的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器了保证电容不被击穿，电容器C C的耐压值是多的耐压值是多少？少？3 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=E=（E E1 1+E+E2 2）/2/2来计算来计算在在计算计算感应电量感应电量时必须要用平均值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例例3 3：如图所示，求线圈由图示位置如图所示，求线圈由图示位置转过转过6060角的过程中，通过线圈某角的过程中，通过线圈某一横截面的电量，线圈的电阻为一横截面的电量，线圈的电阻为R.R.4 4、有效值、有效值 有效值是根据电流的有效值是根据电流的热效应热效应规定的规定的 让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在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。数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测量值，用电器铭牌上所标数值，计算交流电通量值，用电器铭牌上所标数值，计算交流电通过导体产生的热量、发热功率、保险丝的熔断过导体产生的热量、发热功率、保险丝的熔断电流等，都指的是电流等，都指的是有效值有效值。例例4 4：通过某电阻的周期性交变电流的图象如通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值右。求该交流电的有效值I I例例5 5：交流发电机转子有交流发电机转子有n n匝线圈，每匝线圈所围匝线圈，每匝线圈所围面积为面积为S S，匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B B，匀速转动匀速转动的角速度为的角速度为，线圈内电阻为线圈内电阻为r r，外电路电阻为外电路电阻为R 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6060。求：。求：此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为多少？多少？R R两端的电压为多少？两端的电压为多少？在此过程中通过在此过程中通过R R的电荷量的电荷量q q为多少？为多少？R R上产生电热上产生电热Q QR R为多少？为多少？外力做的功外力做的功W 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？变化规律变化规律：(t0时，线圈在中性面位置时，线圈在中性面位置)如下表如下表我国生活中用的市电电压为我国生活中用的市电电压为220V220V，其最大值为其最大值为频率为频率为50Hz50Hz，电压的瞬时表达式：电压的瞬时表达式：u=311sin314tu=311sin314t（V V）练习练习一个按正弦规律变化的交流电一个按正弦规律变化的交流电流，如图所示，根据图像可以知道流，如图所示，根据图像可以知道A该交流电流的频率是该交流电流的频率是0.02HzB该交流电流的有效值是该交流电流的有效值是14.1AC该交流电流的瞬时值表示式为该交流电流的瞬时值表示式为i=20sin0.02tAD在在t=T/8(T是周期是周期)时刻，该电流的大小时刻，该电流的大小与其有效值相等与其有效值相等答案：答案：D：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eEmsint，若将其线框的转速提高到原来的，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为两倍，其他条件不变，则其电动势变为 ()3电路如图所示，已知交流电源电压u=200sin100tV，电阻R=100。则电流表和电压表的读数分别为 A1.41A，200V B1.41A，141V C2A，200V D2A，141V答案：答案：B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”左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么信号。那么C C1 1、C C2 2中哪个该用大电容？哪个该用中哪个该用大电容？哪个该用小电容？小电容？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 专题四变压器原理和远距离输电专题四变压器原理和远距离输电 1.变压器的构造变压器的构造:2.变压器的变压比变压器的变压比:3.变压器的变流比变压器的变流比:4.几种常用的变压器几种常用的变压器一一.变压器原理变压器原理 1.变压器的构造变压器的构造:变压器是由闭合铁芯和绕在铁变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成钢片叠合而成2.变压器的变压比变压器的变压比:U1U2=n 1n2 U1 n1=U2 n2=U3 n3=k 理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.当当n2n1时，时，U2U1，变压器使电压升变压器使电压升 高，高，这种变压器叫做升压变压器这种变压器叫做升压变压器当当n2n1时，时，U2U1，变压器使电压降低，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器这种变压器叫做降压变压器思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为1 10，当原线圈接在，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，则的蓄电池两端以后，则副线圈的输出电压为副线圈的输出电压为【】A60V BC D以上答案都不对以上答案都不对D3.变压器的变流比变压器的变流比:理想变压器的输入的电功率理想变压器的输入的电功率I1U1等于输出的电功率等于输出的电功率I2U2，即即 I1U1=I2U2由由U1 U2=n1n2 I1 I2=n2n1 可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比电流跟它们的匝数成反比变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制变压器的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，应用较粗的导线绕制低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制注意注意:上式只对仅有一个副线圈时适用上式只对仅有一个副线圈时适用.若有两个及以上副线圈时若有两个及以上副线圈时,必须由输入的电必须由输入的电功率功率 等于输出的电功率计算等于输出的电功率计算.例例.如如图图所所示示，有有一一理理想想变变压压器器，原原线线圈圈匝匝数数为为n1，两两个个副副线线圈圈的的匝匝数数分分别别为为n2和和n3，原原副副线线圈圈的的电电压压分分别别为为U1、U2、U3，电电流流分分别别为为I1、I2、I3，两两个个副副线线圈圈负负载载电电阻阻的的阻阻值值未未知知，下列结论中，正确的是：下列结论中，正确的是：()(A)U1：U2n1：n2，U2：U3=n2：n3；(B)I1/I3=n3/n1，I1/I2=n2/n1；(C)I1U1=I2U2I3U3；(D)n1I1=n2I2n3I3。A C D 例例：图图（甲甲）、（乙乙）两两电电路路中中，当当a、b两两端端与与e、f 两两端端分分别别加加上上220V的的交交流流电电压压时时，测测得得c、d 间间与与g、h 间间的的电电压压均均为为110V。若若分分别别在在c、d两两端端与与g、h 两两端端加加上上110V的的交交流流电电压压，则则a、b间间与与 e、f间间的的电电压压分分别别为为 V和和 V,若若分分别别在在c、d两两端端与与g、h 两两端端加加上上110V的的恒恒定定电电压压，则则a、b间间与与 e、f间间的的电电压压分分别别为为 V,和和 V.d1102201100例例、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两两点接交流电压点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为：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 11996年上海高考题例年上海高考题例：在绕制变压器时，某人误将两：在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上当通个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过以交变电流时，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、2的匝的匝数之比数之比n1 n2=2 1在不接负载的情况下在不接负载的情况下【】A当线圈当线圈1输入电压输入电压220V时，时，线圈线圈2输出电压为输出电压为110VB当线圈当线圈1输入电压输入电压220V时，时，线圈线圈2输出电压为输出电压为55VC当线圈当线圈2输入电压输入电压110V时，时，线圈线圈1输出电压为输出电压为220VD当线圈当线圈2输入电压输入电压110V时，时，线圈线圈1输出电压为输出电压为110V 解见下一屏解见下一屏12【分析分析】因为理想变压器原、副线圈电压之比（因为理想变压器原、副线圈电压之比（U1/U2）等于线圈中产生的感应电动势之比（等于线圈中产生的感应电动势之比（E1/E2），），每个线每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈,所以当从线圈所以当从线圈1输入电压输入电压U1=220V时，由时，由【答答】B、D当从线圈当从线圈2输入电压输入电压U2=110V时，同理由时，同理由4.几种常用的变压器几种常用的变压器 a.自耦变压器自耦变压器.特点是铁芯上只绕有一个线圈特点是铁芯上只绕有一个线圈如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图甲）；就可以降低电压（图甲）；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图乙）就可以升高电压（图乙）b.调压变压器调压变压器.就是一种自耦变压器，它的构造如图所示线圈就是一种自耦变压器，它的构造如图所示线圈AB绕绕在一个圆环形的铁芯上，在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压之间加上输入电压U1，移移动滑动触头动滑动触头P 的位置就可以调节输出电压的位置就可以调节输出电压U2 减少输电中的功率损失可以有两种方法减少输电中的功率损失可以有两种方法:P损损=I2 R 一种方法是一种方法是:减小电阻减小电阻.在电线长度在电线长度L一定的情况下，一定的情况下，应当选用电阻率小、横截面积大的导线应当选用电阻率小、横截面积大的导线另一种方法是提高输电的电压另一种方法是提高输电的电压U，减小电流减小电流I减减 小输电导线中的电流小输电导线中的电流在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失功率损失P=I2R 就减小到原来的万分之一就减小到原来的万分之一减小输电线路上的电压损失也有两种方法减小输电线路上的电压损失也有两种方法U损损=IR 一种是增大输电导线的截面积以减小电阻一种是增大输电导线的截面积以减小电阻另一种是减小输电电流在输送电功率不变的前另一种是减小输电电流在输送电功率不变的前 提下，必须提高输电电压提下，必须提高输电电压通过以上分析，我们看到，通过以上分析，我们看到，无论从减小输电中的功率无论从减小输电中的功率 损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流电压，减小输电电流二二.远距离输电远距离输电:远远距距离离输输送送电电示示意意图图远距离高压送电远距离高压送电v1、输电线上的功率损失v2、输电效率 例例：在在远远距距离离输输电电中中，当当输输送送的的电电功功率率相相同同时时，则则关关于于输输电电导导线线上上损损失失的的功功率率下下列列说说法正确的是（法正确的是（）(A)减小输电导线的电阻可以减小损失的功率，减小输电导线的电阻可以减小损失的功率，但此种方法很有限但此种方法很有限(B)提高输送电压从而减小输送电流，可大大减提高输送电压从而减小输送电流，可大大减 小损失小损失 的功率的功率(C)损失的功率与输送电压的二次方成反比损失的功率与输送电压的二次方成反比(D)损失的功率与输电线上的电压降成反比损失的功率与输电线上的电压降成反比A B C例：某发电机输出功率例：某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要欧。现要求输电损耗为求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为，用户得到的电压恰好为220伏，则：伏，则：画出输电线路的示意图；画出输电线路的示意图；求出所用的变压器的原副线圈匝数比。求出所用的变压器的原副线圈匝数比。解：解：线路上损耗的功率为线路上损耗的功率为P=5000 W，P=I2 2 R,电流为电流为I2=25A，线路上的电压为线路上的电压为U=I2 R=200V，U2=P/I2=100000/25=4000V,n1n2=U 1U2=1 4U3=U2-U =3800VU4=220Vn3n4=U 3U4=190 11U4=220VU1=1000V8U2U3例：有一条河流，河水流量为例：有一条河流，河水流量为4m 3/s，落差为落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为现利用它来发电，使用的发电机总效率为50，发电，发电机输出电压为机输出电压为350V，输电线的电阻为输电线的电阻为4，允许输电允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的线上损耗功率为发电机输出功率的5，而用户所需，而用户所需要电压为要电压为220V，求所用的升压、降压变压器上原、副求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比线圈的匝数比g=9.8m/s2线路上损耗的功率为线路上损耗的功率为P=4900 W，P=I2 2 R,电流为电流为I2=35A，线路上的电压为线路上的电压为U=I2 R=140V，U2=P2/I2=2800V,n1n2=U 1U2=350 2800=1 8U3=U2-U =2660VU4=220Vn3n4=U 3U4=2660 220 12 1解解:机械功率机械功率P1=mgh/t=10004 9.8 5=1.96 105W发电机的输出功率发电机的输出功率P2=0.5 P1=9.8104W