交变电流上课用21

第二章《交变电流》2.1《交变电流》一、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交变电流是如何产生的呢？二、交变电流的产生交流发电机模型1、线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动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？将立体图转化为平面图（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a→b由b→a判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSVVB⊥SΦ最大E=0I=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，Φ最大，但线圈中的电动势为零判断此位置有没有感应电流，方向怎么样？NSNSB∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向a到b线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大B⊥SΦ最大V//BE=0I=0中性面B∥SΦ=0V⊥BE、I最大感应电流方向b到a思考与讨论线圈转动一周，多少次经过中性面?电流方向改变多少次?.a(b)c(d)O

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φ=BS，但△φ/△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，φ=0,△φ/△t最大，感应电动势最大。从上面的观察知道，交流电的电流强度与产生交流电的线圈位置有关。那么电流强度与线圈位置之间有什么关系呢？当线圈转到其它任意位置时，产生的瞬时电动势又如何呢？θθv1v2从中性面开始，线框转过的角度为ωt

将v分解

v1＝vsimωt

v1⊥B

v2＝vcosωt

v2∥B

eab＝Blvsinωt

a→b

ecd＝Blvsinωt

c→d

即线框中感应电动势e＝2Blvsinωt

a→b→c→d．这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．中性面开始计时：

e=N2Blvsinωt=Emsinωt＝NBSωsin2πft电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面开始计时：e=Emcosωt电流的瞬时值：电压的瞬时值：eR总EmR总eR总i==sinωt=Imsinωtu=iR=Im

Rsinωt=UmsinωtEm=NBSω交流电变化的规律三、交变电流的变化规律

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∴令=NBSω则有

e为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）NBSω1、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四、交流电的图像

0tEm-Emei0Im-Imt五、交变电流的种类(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课堂练习

１、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

２、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

．大小方向周期性变化正弦规律正弦交流电

３、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４、线圈从中性面开始转动，角速度是ω，线圈中的感应电动势的峰值是Em，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Ｒ，则感应电流的瞬时值Ｉ为

．e0Em-Emte=Emsinωti=(Em/R)·sinωt六、交流发电机1、组成：转子线圈，定子线圈①用来产生感应电动势的线圈（电枢）②用来产生磁场的磁极的线圈2、种类①旋转电枢式发电机②旋转磁极式发电机５、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.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3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et0t1t2t3t4Em-EmC

7、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Em=400V，线圈匀速转动的角速度为ω=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2000Ω，电路中电流的峰值是多少？写出电流瞬时值的表达式。解：电动势瞬时值的表达式为：e=EmsinWt=400sin314t电流峰值为：Im=Em/R=400÷2000=0.2A电流瞬时值的表达式为：i=ImsinWt=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100πrad/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100Ω，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=311Sin100πt

（2）I=3.11Sin（100π*1/120）=3.11*1/2=1.55（A）（3）E

m=311VE=NΔφ/Δt=2NBSω/π≈198V（4）Δφ/Δt=311/N（Wb/s）5.1交变电流小结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。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）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。φ

最大，△φ/△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=Emsin