交流电的产生

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,交变电流,1,、直流电流,(DC),方向,不随时间变化的电流,2,、交变电流,(AC),大小和方向,都随时间做周期性变化的电流,一、概念,交变电流是如何产生的呢？,交流发电机模型,二、交变电流的产生,1,、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,二、交变电流的产生,为了研究问题的方便将立体图转化为平面图,2,、分析电流的方向,（,1,）在,线,圈转动的过,程中,，那些边会产生感应电动势？,ab,边,cd,边,（,2,）在线圈由甲转到乙的过程中，,ab,边中电流向哪个方向流动？丙转到丁呢？,由,ab,由,ba,线圈转动一周，,多少次经过中性面,?,电流方向改变多少次,?,思考与讨论：,2,2,分析感应电流的大小：,1,：线圈转到什么位置，电流最小（没有电流）？,线圈转到什么位置，电流最大？,线,圈转到甲、丙位置时线圈中没有电流；,转,到乙、丁位置时线圈中电流最大！,由上面的数据可知电流一定是变化的。,B,S,最大,E,=0,I,=0,垂直磁场方向的平面叫做,中性面。,线圈经过中性面时，,最大，但线圈中的电动势为零。为什么？,2,、感应电流最小的位置,(V,/,B),特点：,中性面,思考：,N,S,S,N,N,S,V,V,a,b,c,d,a,d,BS,=0,E,最大,I,最大,线圈与磁场平行时，,最小,，但线圈中的,电动势最大。,为什么？,(VB),3,、感应电流最大的位置,特点：,N,S,V,V,思考：,线圈经过中性面开始,计时，以角速度,绕转动,t,秒时线圈的,感应电动势是多少？,4,、某一时刻的感应电动势：,e,1,BLv,=BL,1,v,sin,cd,边感应电流的方向垂直纸面向里流入，,ab,边垂直纸面向外流出。,abcd,中感应电动势的大小：,e=e,1,+e,5,e,5,=,BLv,=BL,1,v,sin,=,t,令,则有,e,为电动势在时刻,t,的瞬时值，,E,m,为电动势的最大值（峰值）,E,m,=,NB,S,瞬时值、峰值,正弦交流电,e,o,E,m,T/4,2T/4,3T/4,T,/2,3,/2,2,t,t,1,、电动势按正弦规律变化,2,、电流按正弦规律变化,3,、电压按正弦规律变化,电流,i,通过,R,时：,成立条件：,转轴垂直匀强磁场，经中性面时开始计时,若从该位置开始计时，感应电动势的表达式该怎样？,探讨：,四、交流电的,图像,e,t,0,E,m,-,E,m,i,t,0,I,m,-,I,m,(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,五、交变电流的种类,、交流电的产生：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速旋转时，线圈中就产生,、交变电流：,和,都随时间做,的电流叫做交变电流电压和电流随时间按,变化的交流电叫正弦交流电,大小,方向,正弦规律,正弦交流电,周期性变化,课堂练习,、当线圈平面垂直于磁感线时，线圈各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫做,线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，因此线圈转动一周，感应电流方向改变,中性面,两次,、线圈从中性面开始转动，角速度是,，线圈中的感应电动势的峰值是,E,m,，那么在任一时刻,t,感应电动势的瞬时,值,e,为,若电路总电阻为,，则感应电流的瞬时值,为,e,0,E,m,-,Em,t,e=,E,m,sin,t,i=(,E,m,/R),sin,t,6,、一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势,e,随时间,t,的变化如图所示,下面说法中正确的是,A.t,1,时刻通过线圈的磁通量为零,B.t,2,时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大,C.t,3,时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大,D.,每当,e,变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值最小,e,t,0,t,1,t,2,t,3,t,4,E,m,-,E,m,C,1,、,知道交变电流,定义,（,AC,）：,大小和方向都随时间作周期性变化的电流。,方向不随时间变化的电流为,直流电,（,DC,）。,辨析电流图,。,3,、,推导和理解交变电流的,变化规律,：,（重难点）,（,1,）,方向变化规律,-,线圈平面每经过,中性面,一次，感应电流的,方向就改变,一次；线圈转动,一周,，感应电流的方向改变,两次,。,最大,，,/t,=0,最小，感应电动势最小,E=0,（,2,）大小,变化规律,-,按,正弦规律,变化：（能画出瞬时线速度分解图）,e=,E,m,sint,E,m,=,NBS,叫电动势的最大值（峰值）,i,=,I,m,sint,I,m,=,E,m,/R+r,叫电流的最大值（峰值）,u=,U,m,sint,U,m,=,I,m,R,叫电压的最大值（峰值）,5.1,交变电流 小结,2,、,理解交变电流产生的,过程,：,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生正弦式交变电流。能画出四幅过程图。,垂直磁场方向的平面叫做,中性面。,（重点）,电流通过,R,时：,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 。,t,i,A,B,C,D,A B D,A,三、课堂练习,下列哪些图象表示的是交变电流？,日象生活和生产中所使用的是按正弦规律变化的,正弦交流电。,脉冲直流电,1.,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。设线圈,ab,边长为,20cm,，,ad,边长为,10cm,，,磁感应强度,B=0.01T,，,线圈的转速,n=50r/s,，,求：电动势的最大值及对应的线圈位置。,0.0628V,线圈平面与磁场方向平行。,2.,如图所示：匝数为,N,、,面积为,S,的矩形线圈在匀强磁场,B,中匀速转动，角速度为,，,求线圈从图示位置转过,180,度时间内的平均感应电动势。,.,.,.,E,平均,=,S,2N,B,/,练习,一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值为,E,m,=400V，线圈匀速转动的角速度为,=314rad/s，试写出电动,势瞬时值的表达式。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总,电阻为2000,，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表,达式。,e=E,m,sin,W,t=400sin314t,解：,电动势瞬时值的表达式为：,电流峰值为：,I,m,=E,m,/R=4002000=0.2A,电流瞬时值的表达式为：,i=,I,m,sin,W,t=2sin314t,4,、一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为,311V,，,线圈在磁场中转动的角速度,100rad/s,。,（,1,）,写出感应电动势的瞬时值表达式。,（,2,）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路的 总电阻为,100,，,试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式，在,t=1/120s,时电流强度的瞬时值为多少？,（,3,）线圈从中性面转过,180,度的过程中，电动势的最大值、平均值分别是多少？,（,4,）转动过程中磁通量的变化率最大值是多少？,答案,（,1,）,e,=311Sin100,t,（,2,）,I,=3.11Sin,（,100,*1/120,）,=3.11*1/2=1.55,（,A,）,（,3,）,E,m,=311V,E,=,N,/,t,=2,NBS,/,198V,（,4,）,/,t,=311/N,（,Wb/s,）,1,、组成：,用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）,用来产生磁场的磁极,2,、种类,旋转电枢式发电机,旋转磁极式发电机,转动的部分叫转子，不动的部分叫定子,、交流发电机有两种，即,、,其中转动的部分叫,，不动的部分叫,发电机转子是由,、,或其它动力机带动,旋转磁极式,旋转电枢式,转子,定子,水轮机,蒸汽轮机,