高一航空工业版《走进电工技术》项目三 低压照明电路的设计与安装02 单相正弦交流电

3 低压照明电路的设计与安装 照明电路广泛应用于生产、生活中的各个领域。对于电类专业的学生来说，电气照明电路的设计与安装是应当具备的一项基本技能。本教学项目与后一教学项目联系紧密，都属于单相交流电的范畴。 1 教学单元三 单相正弦交流电 我们把大小和方向恒定不变的电流或电压称为直流电，把大小和方向随时间变化的电流或电压称为交流电。 交流电可分为周期性交流电和非周期性交流电。周期性交流电又可分为正弦交流电和非正弦交流电。直流电、正弦交流电、非正弦交流电和非周期交流电如图所示。  （c）非正弦交流电 （d）非周期交流电 几种不同的电压 （a）直流电 （b）正弦交流电 2 教学单元三 单相正弦交流电 一、正弦交流电的产生 【实验研究六】 如图所示，用手摇式发电机连接小灯泡，演示单相交流电的产生。当手柄摇动的转速较慢或较快时，灯泡分别会发生什么现象？这是为什么？ 单相交流发电机 当手摇式发电机转速较慢时，灯泡会闪烁，转速较快时则不会。这是由于手摇式发电机产生的电是“交流电”。其实生活中点亮的电灯也是一闪一闪，只不过每秒闪50次的频率，人们用肉眼无法察觉。 【想一想】 将发电机模型中的灯泡取下，连接上电流表，慢慢旋转手摇式发电机，可以看到电流表指针忽大忽小、忽左忽右地摆动，这说明什么？ 3 教学单元三 单相正弦交流电 单相交流发电机 当矩形线圈abcd在匀强磁场中旋转时，由于电磁感应现象而在线圈中产生感应电动势e，当电路闭合时，就会产生感应电流i，负载（灯泡）两端就会出现电压u，灯泡就会发光。当矩形线圈在匀强磁场中以固定的角速度ω旋转时，产生的感应电动势e、流过负载的感应电流i都是按正弦规律变化的， 即 4 教学单元三 单相正弦交流电 二、正弦交流电的波形图 正弦交流电实际上可以看成是一个时间t或ωt的数学函数式，也可以用函数式相对应的波形图来表示。电动势 （电源把非静电能转化成电能的能力） 的波形为正弦曲线。 要画一个正弦交流电动势的波形图，可以找出在一个周期内的5个特殊点，然后用平滑的曲线将各点连接起来，这种方法称为五点描图法。 正弦交流电动势的波形图 5 教学单元三 单相正弦交流电 三、表征正弦交流电的物理量 1．周期、频率和角频率 周期是指交流电完成一次周期性变化所花的时间，用T表示，单位为秒（s）。 频率是指交流电在单位时间（1 s）内完成周期性变化的次数，用f表示，单位为赫兹（Hz）。 角频率是指交流电在单位时间（1 s）内变化的电角度， 用 表示，单位为弧度/秒（rad/s）。 三者都是表示交流电变化快慢的物理量。它们之间的关系为 2．最大值、有效值 正弦交流电的最大值是指正弦交流电在一个周期内所达到的正向最大数值（峰值），用大写字母加下标“m”表示，如 分别代表电动势、电压和电流的最大值。 有效值是依据电流的热效应来定义的交流电的物理量。有效值规定用大写字母表示，如 。在交流电路中交流仪表的读数、负载的额定值均指交流量的有效值。 正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为 6 教学单元三 单相正弦交流电 3．相位、初相和相位差 正弦交流电 在任何时刻的瞬时值是由 共同决定的，它决定了交流电的大小和方向，我们将其称为交流电的相位角，简称相位。 其中，交流电 在 时刻的相位称为初相位，简称初相，用字母 表示。 两个同频率的正弦交流电的相位之差，即初相之差，称为相位差，用 表示。 相位差表示了正弦交流电的变化过程中达到最大值的顺序。在图中： （1） ，表示u、i同相（u、i同时达到最大值）。 （2） ，表示u超前i（u先达到最大值）。 （3） ，表示u、i反相。 （4） ，表示u、i正交。 （a）同相 （b）超前 （c）反相 （d）正交