第五章交变电流(共37张PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,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,*,第五章,交变电流,第一节,交变电流,第1页，共37页。,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、交变电流的概念,交变电流可以变成直流！,交变电流是如何产生的呢？,第2页，共37页。,交流发电机模型,二、交变电流的产生,第3页，共37页。,第4页，共37页。,做一做,第5页，共37页。,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,第6页，共37页。,E I ，,E I ，电流方向：.,(甲),最大，/t=0最小，感应电动势最小E=0,矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。,为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.,以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示）,交变电流可以变成直流！,（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次,E I ，电流方向：.,T1时刻通过线圈的磁通量为零；,以线圈经过中性面开始计时，切割边L1，另一边L2,推导任意时刻t线圈中的感应电动势（演示）,、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 ,为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.,E I ，电流方向：.,2、过程分析,（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）怎样将立体图转化为平面图？,第7页，共37页。,将立体图转化为平面图,第8页，共37页。,B,S,最大,E,=0,I,=0,中性面,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,电动势为零,2、过程分析,(V,/,B),第9页，共37页。,N,S,S,N,N,S,V,V,a,b,c,d,a,d,判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？,第10页，共37页。,BS,=0,E最大,I,最大,感应电流方向a到b,线圈与磁场平行时，,最小,，但线圈中的,电动势最大,(VB),第11页，共37页。,判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？,N,S,S,N,第12页，共37页。,BS,最大,E=0,I,=0,中性面,BS,=0,E、I最大,感应电流方向,b到a,V,/,B,VB,第13页，共37页。,（3）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？,（4）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？,由ab,由ba,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！,第14页，共37页。,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,.,a(b),c(d),O,第15页，共37页。,1.,中性面,：,垂直磁场方向的平面,（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的,磁通量最大=BS,，但,/t=0最小,，（,ab,和,cd,边都不切割磁感线），线圈中的感应,电动势为零,（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动,一周,，,两次,经过中性面，电流方向改变,两次,2.线圈平行与磁感线时，,=0,/t最大,，,感应电动势最大,。,第16页，共37页。,以线圈经过中性面开始计时，切割边L,1,，另一边L,2,推导任意时刻,t,线圈中的感应电动势（,演示,）,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）,NB,S,=,NB,S,三、,交变电流的变化规律,第17页，共37页。,E I ，电流方向：.,、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,2 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规律如图所示，下面说法中正确的是()：,（3）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？,E I ，电流方向：.,E I ，电流方向：.,E I ，电流方向：.,线圈与磁场平行时，最小，但线圈中的电动势最大,ab边 cd边,1、电动势按正弦规律变化,交变电流是如何产生的呢？,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,最大，/t=0最小，感应电动势最小E=0,1、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,第18页，共37页。,e,o,E,m,T/4,2T/4,3T/4,T,/2,3,/2,2,t,t,a,b,c,d,K,L,A,B,a,b,c,d,K,L,A,B,a,b,c,d,k,L,A,B,a,b,c,d,k,L,A,B,a,b,c,d,k,L,A,B,四、交流电的图像,第19页，共37页。,四、交流电的图像,e,t,0,E,m,-E,m,i,t,0,I,m,-I,m,第20页，共37页。,(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,第21页，共37页。,、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,第22页，共37页。,、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,第23页，共37页。,、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,第24页，共37页。,六、交流发电机,第25页，共37页。,第26页，共37页。,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,第27页，共37页。,、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,第28页，共37页。,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,1,时刻通过线圈的磁通量为零,2,时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大,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,第29页，共37页。,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：,第30页，共37页。,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,第31页，共37页。,2,一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规律如图所示，下面说法中正确的是()：,T,1,时刻通过线圈的磁通量为零；,T,2,时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；,T,3,时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；,每当e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大,。,答案：D,第32页，共37页。,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,/,第33页，共37页。,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,电流瞬时值的表达式为：,i=,I,m,sin,W,第34页，共37页。,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）,第35页，共37页。,(甲),(乙),(丙),(丁),E,I,，,电流方向：,.,E,I,.,E,I,，电流方向：,.,=0,=0,有最大值,有最大值,有最大值,a,b,有最大值,有最大值,b,a,E,I,.,=0,=0,有最大值,第36页，共37页。,为了能更方便地说明问题，我们将立体图转化为平面图来分析.(学生画）,问题：,各环节电流方向？电流最大最小的位置？大致画出i-t图像？,线圈转动一周，电流方向改变多少次？,第37页，共37页。,