《电工基础》(劳动版第四版)43 §5—1 单相交流电的基本概念(产生、解析式、图像)
更新时间:2023-08-26 23:58:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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【组织教学】
1. 起立,师生互相问好
2. 坐下,清点人数,指出和纠正存在问题
【导入新课】
我们已经学习了直流电和直流电路的有关计算,现在我们来学习交流电及交流电路的有关计算。什么是交流电,它与直流电有什么不同呢?学了本课,我们回答这些问题。
【讲授新课】
第五章 单相交流电路 §5-1 交流电的基本概念
一、什么交流电
恒稳直流电:大小和方向不随时间变化的电流、电压、电动势的总称,常简称为直流电。 脉动直流电:大小随时间有些变化而方向不变的电流、电压、电动势的总称。 交流电:大小和方向都随时间作周期性变化的电流、电压、电动势的总称。
正弦交流电:按正弦函数规律变化的交流电。交流电流、电压、电动势的其数学表达式分别为:
i Imsin( t i)u Emsin( t u) e Emsin( t 0)
通过交流电的电路叫交流电路,通过正弦交流电的电路正弦交流电路。电路中的电源如果只有单个交流电动势,这样的电路叫单相交流电路;电路中的电源如果有三个交流电动势,这样的电路叫三相交流电路。
二、正弦交流电的产生
正弦交流电是正弦交流发电机产生的,图5—1是正弦交流发电机原理图。正弦交流发电机的主要部分是线圈和磁极
线圈:多用铜线绕成矩形,有许多匝,匝数越多,产生的感应电动势越大。
磁极:至少一对,多的达40对以上。磁极对数越多的发电机,产生的交流电的变化速度越快。图示发电机的磁极对数为一对。
磁极特制成:
①磁极中线面的磁感应强度最强,为Bm;电枢表面上其他位置的磁感应强度按正弦函数规律变化:若线圈平面与磁极中性面的夹角为
磁极中线面
,则线圈导体所处的磁感应强度为
B Bmsin 。
②磁感应强度方向与导体的运动方向垂直,即v B。
图5 1 正弦交流电的产生
设线圈的有效长度为l,线圈平面以角速度为 逆时针方向旋转,与磁极中性面夹角为 ,从a指向d的电动电动势为正,从d指向a的电动电动势为负,则线圈产生的感应电动势的大小为:
e Blvsin(v,B) Bmsin lvsin90 Bmlvsin Emsin
式中,Em Bmlv,表示交流电动势的最大值。
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可见,这个电动势是按正弦函数规律变化的,我们把它称为正弦交流电动势。
线圈处于磁极中性面位置(如图示位置)并逆时针转时,e=0,转至与磁极中线平行时,e最大;ab边转至cd边的位置时,线圈转动半周,这个半周中除了 0和180这两个位置,A点的电位高于B点的
电位,电动势e为正。此后的另一半周中,B点的电位高于A点的电位,电动势e为负。故图示发电机(一对磁极发电机)的线圈转动一周,电动势e正、负变化一次。流过负载的电流的方向也就随线圈转动一周而变化一次。
设开始计时线圈的起始位置与中性面的夹角为 0,则在转动t时间后,线圈与中性面之间的夹角
( t 0),发电机产生的感应电动势可表示为:
e Emsin( t 0)
i Imsin( t i)
同理:
u Esin( t )mu
从旋转的部分是电枢还是磁极看,发电机分旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机,图示的发电机为旋转电枢式发电机;从磁极的对数看,发电机有单对磁极发电机,也有多对磁极发电机,如三峡电站国产700MW水轮发电机的转速为75r/min,磁极的对数达40对(80极),图示的发电机为单对磁极发电机。
设Em 310V, 100 rad/s, 0 30 ,则:e 310sin(100 30)V。列表计算并作波形
图如下:
从旋转的部分是电枢还是磁极看,发电机分旋转电枢式发电机和旋转磁极式发电机;从磁极的对数看,发电机有单对磁极发电机,也有多对磁极发电机。如三峡电站国产700MW水轮发电机的转速为75r/min,磁极的对数可达40对(80极)。
三、交流电的三要素
决定交流电瞬时值大小的三个量叫做交流电报三要素,它们分别是最大值(或有效值)、频率(或角频率、周期)、初相。
1. 最大值(或有效值)
瞬时值 交流电在变化过程中的任一瞬间的大小叫交流电的瞬时值,交流电的瞬时电动势、电压、电流分别用e、u 、i 表示。如
e Emsin( t e), u Umsin( t u), i Imsin( t i)
最大值 交流电瞬时值中的最大数值叫交流电的最大值,分别用Em、Um、Im表示电动势、电流、电
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压的最大值。如交流电i=sin(100πt -30°)A的最大值是Im=202A.。
有效值 做功能力与交流电相同的直流电的数值(在相同的时间里,若一直流电与一交流电的发热量相等,则直流电与交流电等效,直流电的数值叫交流电的有效值)。交流电的大小用有效值表示。
电动势、电流、电压的有效值分别E、U、I,表示。理论证明:正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为:
Em, Um , Im
平均值 正弦量在半个周期内的平均值为正弦量的平均值。电动势、电流、电压的平均值分别用EP、
UP、IP表示。理论证明:正弦交流电的平均值与最大值、有效值之间的关系为:
EP
2
Em 0.6366Em 0.9E,UP
2
Um 0.6366Um 0.9U,IP
2
Im 0.6366Im 0.9I
应该注意:
(1)工程上所说的交流电压和电流,以及交流电压表和电流表的量程都是指有效值; (2) Em=2E,Um =2U,I m=2I仅适用于正弦量,不适用于非正弦量。
【课堂总结】
1.大小和方向都随时间作周期性变化的电流、电压、电动势叫交流电,按正弦函数规律变化的交流电叫正弦交流电。
2.正弦交流电是正弦交流发电机产生的,正弦交流发电机线圈,有特制的按正弦函数规律变化的磁场,线圈在磁场中转动或磁场在线圈中转动即产生正弦交流电。
3.在任一时刻的数值叫瞬时值,瞬时电动势、电压、电流分别用e、u 、i 表示。
4.交流电的最大值是瞬时值中的数值最大的那个值,电动势、电压、电流的最大值分别用Em、Um、Im
表示。
5.交流电的有效值是做功能力与交流电相同的直流电的数值(在相同的时间里,若一直流电与一交流电的发热量相等,则直流电与交流电等效,直流电的数值叫交流电的有效值)。交流电的大小用有效值表示。电动势、电流、电压的有效值分别E、U、I,表示。理论证明:正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为:
Em, Um , Im
应该注意:
(1)工程上所说的交流电压和电流,以及交流电压表和电流表的量程都是指有效值; (2) Em=2E,Um =2U,I m=2I仅适用于正弦量,不适用于非正弦量。
6.正弦量在半个周期内的平均值为正弦量的平均值。电动势、电流、电压的平均值分别用EP、UP、IP
表示。理论证明:正弦交流电的平均值与最大值、有效值之间的关系为:
EP
2
Em 0.6366Em 0.9E,UP
2
Um 0.6366Um 0.9U,IP
2
Im 0.6366Im 0.9I
【布置作业】《习题册》§5-1:一、二、三、四、五、六(P.58~P.61)
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