西安电子科技大学出版社高二上电工技术基础与技能课件项目七 初始正弦交流电

电工技术基础与技能 【任务目标】 1.了解正弦交流电的产生； 2.理解正弦交流电的特征，特别是它的三要素（最大值、频率、初相位）以及相位差的概念； 3.掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系以及同频率正弦量的相位比较； 4.掌握正弦交流电的表示方法（解析式表示法、波形图表示法和矢量图表示法）； 5.会使用示波器和函数信号发生器。 项目七 初识正弦交流电 (1)正弦交流电 大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势称为正弦交流电（简称正弦量）。如右图所示交流发电机原理图，它生产按正弦规律变化的电动势，并向外电路输送正弦交流电。  电工技术基础与技能 7.1.1正弦交流电的产生 7.1　正弦交流电的产生 电工技术基础与技能 (2)正弦交流电的产生过程及规律 由上可知:线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度ω匀速转动时，线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动，线圈产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路将产生感应电流。 它所产生的感应电动势、感应电流、外电路中一段导线上的电压都按正弦规律变化，如下: e = Em sin（ωt+ 0） u = Um sin（ωt+ 0） i = Im sin （ωt+ 0） 可见，这种按正弦规律变化的交流电叫做正弦交流电，它是一种最简单而又最基本的交流电。 电工技术基础与技能 交流电的变化规律也可以用波形图的形式直观地表示出来。如上图中的（b）、（c）分别表示出e = Em sinωt和i = Im sinωt的波形图；（a）表示线圈在磁场中匀速旋转时垂直于磁场和平行于磁场的特殊位置，此时对应的e、i等于零或正、负最大值。 电工技术基础与技能 7.1.2正弦交流电的波形图 如上图所示，为u = Um sin（ωt+ 0）（0>0）的波形图。 电工技术基础与技能 （1）最大值和有效值 a.最大值 正弦交流电在任意一时刻的大小称为瞬时值，常用小写字母表示。交流电在变化过程中出现的最大瞬时值，称为交流电的最大值（或振幅、峰值），通常用大写字母并加下标m表示，如Im, Um , Em 等。 电工技术基础与技能 7.1.3表征正弦交流电的物理量 交流电的有效值是根据电流的热效应（从能量的角度）来规定的。让一个直流电流与一个交流电流分别通过阻值相等的电阻，如果通电的时间相同，电阻R上产生的热量也相等，即交流电具有与之相应直流电同等的热效应。那么称此直流电的数值叫做交流电的有效值，通常用大写字母标识，如电流、电压、电动势的有效值，分别用大写字母I、U、E来表示。 理论与实验均可证明，正弦交流电的有效值 I 等于其振幅(最大值)Im 的0.707 倍，即： 电工技术基础与技能 b.有效值 交流电完成一次周期性变化所用的时间，叫做周期。也就是线圈匀速转动一周所用的是时间。用T表示，单位是s（秒）。在下图中，横坐标轴上有0到T的这段时间就是一个周期。 电工技术基础与技能 （2）周期、频率和角频率 a.周期 交流电在单位时间（1s）完成得周期性变化的次数，叫做频率。用字母 f 表示，单位是赫[兹]，符号为Hz。常用单位还有千赫（kHz)和兆赫（MHz)，换算关系如下： 1MHz=103KHz=106Hz 根据定义可知，周期与频率是互为倒数的关系，即 电工技术基础与技能 b.频率 通常交流电变化一周，即表示在坐标系中旋转2π或3600。所以，交流电单位时间（每秒钟）所变化的角度（以弧度为单位），称为交流电的角频率（或角速度）。角频率通常用ω表示，单位是rad/s（弧度/秒）。 由于交流电变化一周需要周期T时间，所以角频率与周期、频率的关系可以表示为： 注意：①周期、频率、角频率都是可以用来表示交流电变化快慢的 物理量。 ②我国供电系统中，发电厂的发电机发出的交流电，周期是0.02s，频率是50Hz，习惯上称为“工频”。 电工技术基础与技能 c.角频率 11 　 任意一个正弦量 i= Imsin( t + 0 )的交流量的瞬时值i除了与最大值有关外，还和（ωt + 0）有关，这个t时刻线圈平面与中性面的夹角（ωt + 0），叫做交流电的相位（相位角）。 相位是一个随时间变化的量。当t=0时，相位ωt + 0=0，此时的0叫做初相位（简称初相），它反映了正弦交流电起始时刻的状态（即线圈起始时刻时与中性面的夹角）。  相位的意义：相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映出正弦交流电的变化趋势。 电工技术基础与技能 （3）相位和相位差 a.相位 两个同频正弦交流电，