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1、交变电流交变电流知知 识识 网网 络络交交变变电电流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
2、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、交变电流的产生交交流流发发电电机机模模型型两个特殊位置：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
3、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: :
4、(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
5、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
6、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 1O1acdbO1O2B5.2 5.2 表征交变电流的物理量表征交变电流的物理量一、描述电流变化快慢的物理量一、描述电流变化快慢的物理量一、描述电流变化快慢的物理量一、描述电流变化快慢的物理量 1 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
7、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 二、描述交变电流大小的物理量二、描述交变电流大小的物理量二、描述交变电流大小的物理量二、描述交变电流大小的物理量四个值四个值四个值四个值 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：2 2 2 2、最大值、最大值、最大值、最大值( ( ( (峰值峰值峰值
8、峰值) ) ) )：1 1 1 1、瞬时值、瞬时值、瞬时值、瞬时值0t/sU/VUm电压最大值电压瞬时值3 3 3 3有效值有效值有效值有效值（1 1）定定义义：使使交交变变电电流流和和直直流流通通过过相相同同阻阻值值的的电电阻阻，如如果果它它们们在在相相等等时时间间内内产产生生的的热热量量相相等等，就就把把这这一一直直流流的的数数值值叫叫做做这这一一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：交交变变电电流流的的有有效效植植根根据据电电流流的的热热效效应应来来规规定定，与与电电流流的的方方向向无无关，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
9、效值有有效效值值一一般般与与所所取取时时间间的的长长短短有有关关，在在无无特特别别说说明明时时是是以以一一个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交流流电电压压表表和和电电流流表表通通过过交交流流电电时时，实实际际上上已已经经由由电电表表内内部部元元件件把把交交流流电电变变成成了了等等效效的的直直流流，所所以以读读出出的的就就是是交交流流的的有有效效值值，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，而电容器上，而电容器上标注的是标注的是最大值最
10、大值4 4 4 4平均值：平均值：平均值：平均值：计算通过某导体截面的计算通过某导体截面的电量电量电量电量一定要用平均值。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练习练习练习练习1 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
11、是10A10A，则它的最小值，则它的最小值是是-10A -10A AB2、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，0.02sB200V,0.02sC400V,0.08sD200V,0.08sB B3 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
12、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 D2P2PB B4 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？5A5.5.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。【练练习习】图图13-16所所示示是是一一个个交交流流发发电电机机的的示示意意图
13、图线线框框abcd处处于于匀匀强强磁磁场场中中，已已知知ab=bc=10cm.B=1T，线线圈圈匝匝数数n=100，线线圈圈电电阻阻r=5，外外电电路路负负载载电电阻阻R=5，线线圈圈以以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电角的过
14、程中的平均感应电动势值为多少动势值为多少?（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：某某交交流流电电压压随随时时间间的的变变化化规规律律如如图图所所示示，则则此此交交流流电电的的频频率率是是_Hz_Hz，交交流流电电压压的有效值等于的有效值等于_V_V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 例例3：电路两端的交流电压电路两端的交流电压u=Ums
15、in314t(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。有效值：有效值：有效值：有效值：E E、I I、U U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
16、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
17、”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：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
18、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成端输入的交流含有高频和低频成分，为了使分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图示电上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其路，其L的作用是的作用是_，C的作用是的作用是_。解析：因解析：因L有有“通低频、通低频
19、、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
20、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的亮度相同的亮度相同（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 ACBC5.4变压器和电能的输送变压器和电能的输送1、变压器的
21、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U2一、变压器的构造一、变压器的构造原原原原线线线线圈圈圈圈副副副副线线线线圈圈圈圈铁芯铁芯U1U2 n1n22、符号、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是
22、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三、理想变压器三、理想变压器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
23、率理想变压器输入功率等于输出功率即即: : U1I1=U2I2P入入= P出出五、理想变压器的变流规律五、理想变压器的变流规律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，副线圈两端，副线圈两端电压为电压为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，则是三个相同的灯泡，且均正常发光，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
24、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两两点接交流电压
25、点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为则原、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
26、一个发电厂一对一的单一用户端进行供电）行供电）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.远距距离离输电时,输送送电压为6000V,功功率率为500kW,这时,安安装装在在输电线路路起起点点和和终点点的的电能能表表一一昼昼夜夜里里读数数相相差差4800kWh,则输电效效率率为多多少少?输电导线的的电阻阻为多多少少? 7.如如图所所示示,某某小小型型水水电站站发电机机的的输出出功功率率为10kW,输出出电压为400V,向向距距离离较远的的用用户供供电,为了了减减少少电能能损耗耗,使使用用2kV高高压输电,最最后后用用户得得到到“220V9.5kW”的的电能能,求求:
