一、交流电的形成和变化规律
1、交变电压:
大小和方向都随时间作周期性变化的电压称作交变电压,简称交流。
如图所示(b)、(c)、(e)所示电压都属于交流,其中按余弦规律变化的交流叫余弦交流。如图(b)所示。而(a)、(d)为直流其中(a)为恒定电压。
2、正弦交流的形成及变化规律
1.形成:当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中形成的交流是随时间按余弦规律变化的。即余弦交流。
中性面:匀速旋转的线圈,坐落跟磁感线垂直的平面称作中性面。
这一位置穿过线圈的磁路量最大,但切割边都未切割磁感线,或则说这时线圈的磁路量变化率为零,线圈中无感应电动势。
3.规律:
(1)函数表达式:从中性面开始计时,则e=NBSωsinωt。
用εM表示峰值εM=NBSω,则e=εMsinωt在纯内阻电路中,电压I=sinωt=Isinωt,电流u=Usinωt。
4.交流发电机
(1)发电机的基本组成:
①用来形成感应电动势的线圈(叫定子)
②用来形成磁场的磁体
(2)发电机的基本种类
①旋转定子式发电机(定子动磁体不动)
②旋转磁体式发电机(磁体动定子不动)
无论哪种发电机,转动的部份叫定子,不动的部份叫转子
二、表征交变电压的化学量
1、表征交变电压大小化学量
(1)瞬时值:对应某一时刻的交流的值,用大写字母x表示,eiu
(2)峰值:即最大的瞬时值,用小写字母表示,UmImεm
εm=nsBω
Im=εm/R
注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所形成感应电动势的峰值为ε=NBSω,即仅由阻值N,线圈面积S,磁感硬度B和角速率ω四个量决定。
与轴的具体位置,线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。
(3)有效值:
①意义:描述交流电做功或热效应的化学量
②定义:跟交流热效应相等的恒定电压的值称作交流的有效值。
③正弦交流的有效值与峰值之间的关系是
注意:余弦交流的有效值和峰值之间具有
的关系,非余弦(或正切)交流无此关系。
但可按有效值的定义进行推论,如对于正负半周最大值相等的方波电压,其热效应和与其最大值相等的恒定电压是相同的,因此其有效值即等于其最大值。即I=I。
④交流用家电的额定电流和额定电压指的是有效值;交流电压表和交流电流表的读数是有效值。
对于交流电若没有特殊说明的均指有效值。
⑤在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
(4)峰值、有效值、平均值在应用上的区别
峰值是交流变化中的某刹那时值,对纯内阻电路来说,没有哪些应用意义。
若对含电容电路,在判定电容器是否会被击穿时,则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。
交流的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的交流来说,其有效值是一定的。
而平均值是由公式
确定的,其值大小由某段时间磁路量的变化量来决定,在不同的时间段里是不相同的。
如对余弦交流,其正半周或负半周的平均电动势大小为
,而一周期内的平均电动势却为零。
在估算交流通过内阻形成的热功率时,只能用有效值,而不能用平均值。在估算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值。
在实际应用中,交流家电标牌上注明的额定电流或额定电压都是指有效值,交流电压表和交流电流表指示的电压、电压也是有效值。
解题中,若题示不加特别说明,提及的电压、电压、电动势时,都是指有效值。
2、表征交变电压变化快慢的数学量
(1)周期T:电压完成一次周期性变化所用的时间。单位:s
(2)频度f:1秒内完成周期性变化的次数。单位:Hz
(3)角频度ω:就是线圈在匀强磁场中转动的角速率。单位:rad/s
(4)角速率、频率、周期的关系:
3、疑难辨析
交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁路量的变化率成反比。
当线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈磁路量也是按余弦(或正切)规律变化的,若从中性面开始计时。
t=0时,铁损量最大,φ应为正弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零)。
时,铁损量为零交变电流,此刻变化率最大(切线斜率最大),因而从中性面开始计时,感应电动势的瞬时表达式是余弦函数,如图所示分别是
三、电感和电容对交对电压的作用
1、电感对交流有制约作用。电感对电压制约作用的大小用感抗来表示。
感抗的大小与线圈的自感系数和交变电压的频度有关,线圈的感系数越大,电压的频度越大。
电感对交变电压的制约作用就越大,感抗也就越大。
低频扼流圈和高频扼流圈:
低频扼流圈
高频扼流圈
构造
线圈绕在铁心上,阻值多,内阻小
线圈绕在铁氧体上,阻值少
作用
通直流、阻交流
通过低频,阻高频
2、电容器能通交流
电容器有“通交流,隔直流”的作用。电容器对交流有制约作用。电容器对交流制约作用的大小用容抗来表示。影响容抗大小的诱因:C和f
电容器的电容越大,电压频度越大,容抗越小。
四、变压器
1、变压器的构造
原线圈、副线圈、铁心
2、变压器的工作原理
在原、副线圈上因为有交变电压而发生的相互感应现象,称作互感现象,互感现象是变压器工作的基础。
3、理想变压器
磁路量全部集中在铁心内,变压器没有能量损失,输入功率等于输出功率。
4、理想变压器电流跟阻值的关系:U1/U2=n1/n2
说明:对理想变压器各线圈上电流与阻值成反比的关系,除了适用于原、副圈只有一个的情况,并且适用于多个副线圈的情况。
即有
。这是由于理想变压器的磁路量全部集中在铁心内。
因而穿过每匝线圈的磁路量的变化率是相同的,每匝线圈形成相同的电动势,因而每组线圈的电动势与阻值成反比。
在线圈电阻不计的情况下交变电流,每组线圈两端的电流即等于电动势,故每组电流都与阻值成反比。
5、理想变压器电压跟阻值的关系I1/I2=n2/n1(适用于只有一个副线圈的变压器)
说明:原副线圈电压和阻值成正比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈时,正比关系即不适用了,可依照输入功率与输出功率相等的关系推导入:
U1I1=U2I2+U3I3+U4I4+……再依照
……可得出:
n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+……
6、注意事项
五、电能的输送
1、输电缆线上损失的电功率P=I2R=(P输入2/U输入2)R
2、远距离输电示意图
I2=I线=I3
U2=U线+U3
P2=P线+P3
输电电流提升到原先的n倍输电缆线上损失的电功率降为原先的1/n2
End
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