3.1 正弦交流电（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第3章 交流电路 3.1 正弦交流电 知识目标 1.理解正弦交流电的产生机制和基本物理量概念，包括电压、电流、频率等。 2.掌握正弦交流电的表示方法，包括波形图、正弦函数方程式和复数形式。 能力目标 1.能够分析正弦交流电的特性，如振幅、频率和相位之间的关系。 2.能够应用正弦函数方程式和复数表示法解决正弦交流电的计算和问题。 情感目标 1.培养学生对电学知识的兴趣和好奇心，激发学习动力。 2.培养学生对复杂概念的耐心和细致的学习态度。 3.培养学生在解决实际问题时的逻辑思维和抽象表达能力。 三维目标 导入情景 01 凡大小和方向随时间作周期性变化的电流、电压和电动势统称交流电。人们常用波形图来表示交流电随时间变化的规律。 新知学习 02 一、正弦交流电的产生 正弦交流电的产生正弦交流电动势是由交流发电机产生的，其产生原理遵循法拉第电磁感应定律。 新知学习 02 （1）发电机的基本组成部分是磁极、线圈、电刷(连接线圈与外电路)。实际的发电机构造比较复杂，线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常称为电枢;磁极是由电磁线圈和铁心构成的，一般多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动。 （2）电流表的指针随着线圈的转动而摆动，并且线圈每转一周，指针左右摆动一次，表明转动的线圈里产生了感应电流，并且感应电流的大小和方向都在随着时间做周期性变化，即产生了交流电。 一、正弦交流电的产生 正弦交流电的产生过程 新知学习 02 正弦交流电流的波形图 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 1.周期、频率、角频率 周期：正弦交流电按正弦规律变化，每完成一个循环所需要的时间称为周期，用符号T表示，单位为s(秒)。 频率：正弦交流电在1s内完成的周期数称为频率，用符号f表示，单位为Hz(赫[兹])。周期和频率互为倒数。 角频率：正弦交流电在单位时间内变化的弧度数称为角频率，用符号ω表示，单位为rad/s(弧度/秒)。 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 2.瞬时值、最大值、有效值 瞬时值：正弦交流电在某一瞬间的大小称为瞬时值，电动势、电压和电流的瞬时值分别用小写字母e、u、i表示。 最大值：正弦交流电变化时出现的最大瞬时值称最大值，也称振幅。电动势、电压和电流的最大值分别用大写字母Em、Um、Im表示。 有效值:有效值是根据交流电的热效应定义的。将交流电流i和直流电流I分别通过同一电阻R，如果在相同的时间内产生的热量相等，则此直流电的数值即为该交流电的有效值。交流电动势、电压和电流的有效值分别用大写字母E、U、I表示。 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 3.相位、初相位、相位差 相位：相位是随时间变化的角度，可以反映出在不同瞬间正弦电流的值。 初相位： t=0时的相位称为初相位，初相位可以为正、为负，也可以是零，但规定其绝对值不大于180°。 相位差：两个同频率正弦量的相位之差称为相位差。用表示。 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 4.相位关系示意图。 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 (1)频率(或角频率、周期)、最大值(或有效值)和初相位能分别反映正弦交流电的特征:变化快慢、变化幅度、起始状态，故将其称为正弦量的三要素。若已知正弦量的三要素，即可画出正弦量的波形图，写出它的三角函数表达式，还可以利用三要素区别两个不同的正弦量。 (2)在我国的电力系统中，我国工业交流电的标准频率为50Hz,简称工频，周期是0.02s。 (3)有效值在电气工程中应用非常广泛。如照明电路的电源电压为220V、动力线路的电源电压为380V，都是指有效值;用交流电工仪表测量出来的电流、电压也是指有效值;大多数电气产品铭牌上标注的额定电压、额定电流都是指有效值。 二、正弦交流电的基本物理量 切削运动分析： 新知学习 02 1.三角函数表示法 正弦交流电动势、电压和电流的函数表示式。 2.波形图表示法 根据三角函数式计算得到的数据，将它们描绘在平面直角坐标系中获得曲线的方法，称为波形图表示法。 三、正弦交流电的表示方法 新知学习 02 3.矢量图表示法 正弦交流电可用旋转矢量表示，即以角速度ω沿逆时针方向旋转的矢量。对于同频率的正弦量，可将旋转矢量看成在t=0时刻的相对静止矢量，即无须旋转。用这样的矢量作图表示正弦交流电，就是矢量图表示法。矢量的长度表示正弦量的有效值，矢量与x轴正方向的夹角表示正弦量的初相位，矢量的符号用电量符号上加一圆点表示。 三、正弦交流电的表示方法 小试牛刀 题目 1： 下列哪个不是正弦交流电的基本物理量？ A. 电压 B. 电流 C. 频率 D. 阻力 正确答案：D。阻力不是正弦交流电的基本物理量。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 何种现象导致了正弦交流电的产生？ A. 磁场的变化 B. 电场的变化 C. 电压的变化 D. 电流的变化 正确答案：A。正弦交流电的产生是由于导体在磁场中运动引起感应电动势。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 以下哪个不是正弦交流电的表示方法？ A. 波形图 B. 电阻图 C. 正弦函数方程式 D. 复数表示法 正确答案：B。电阻图不是正弦交流电的表示方法。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 正弦交流电的电压振幅为10V，频率为50Hz，求其周期是多久？ A. 0.02秒 B. 0.1秒 C. 0.02毫秒 D. 0.1毫秒 正确答案：B。周期T = 1/f = 1/50Hz = 0.02秒。 尝试解答下面习题 题目 5： 在正弦交流电的正弦函数方程式中，A表示什么物理量？ A. 电压 B. 电流 C. 频率 D. 相位 正确答案：A。A表示电压的振幅。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 正弦交流电的频率是50Hz，其对应的角频率是多少？ A. 25π B. 50π C. 100π D. 200π 正确答案：C。角频率ω = 2πf = 2π*50 = 100π。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 一个正弦交流电路的电流波形如何与电压波形的相位关系？ A. 电流超前电压180度 B. 电流滞后电压90度 C. 电流超前电压90度 D. 电流滞后电压180度 正确答案：C。一般情况下，电流超前电压90度。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 已知电压uA = 10sin(wt+ 60°)V 和uB = 10√2sin(vt-30°)V，指出电压uA、uB的有效值、初值、相位差，画出uA、uB的波形图。 解：UA=10/√2=5√2（V） A=60° UB=10(V) B=-30° jAB=A-B=90° 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 有一并联电路如题图所示，已知 I1=3A，I2=4A，求总电流 I，并写出瞬时值表达式。 解： I’=I’1+jI’2=3+j4（A） i=5(A) =arctan4/3=53.13° i=5√2sin（wt+53.13°） 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 本节课中，我们学习了正弦交流电的产生、基本物理量和表示方法。正弦交流电是由导体在磁场中运动引起感应电动势而产生的，其基本物理量包括电压、电流、频率等。在表示方法上，我们探讨了波形图、正弦函数方程式和复数表示法。 通过本节课的学习，我们了解到正弦交流电在电路中的重要性，掌握了正弦交流电的基本概念和特性。同时，我们学会了如何利用正弦函数方程式和复数表示法来描述和计算正弦交流电的各种参数，这有助于我们更深入地理解电路中的交流电信号特性。 在以后的学习和实践中，我们将通过不断练习和实验，进一步加强对正弦交流电的理解和运用能力，为解决实际电路问题打下坚实基础。通过对这些知识点的深入理解和实践，我们可以更好地应用正弦交流电知识，为未来的学习和工作打下坚实的基础。 作业布置 04 1.选择一个简单的正弦交流电路图，标明电压源和负载，计算电路中的电压、电流和功率值，并绘制电压和电流随时间变化的波形图。 2.给定一个正弦交流电路的电压方程式，请用复数形式表示该电压，并计算其有效值和峰-峰值。 3.设计一个实验，验证正弦交流电的频率与周期的关系，记录实验数据并绘制频率与周期的对应关系曲线。同时，分析实验结果并写出实验报告。 感谢观看 $$