6.1 正弦交流电及正弦交流电的产生（课件）-《电工技术基础与技能》同步精品课堂（机工版·第3版）

项目6 单相正弦交流电路 6.1 正弦交流电及正弦交流电的产生 《电工技术基础与技能》（机械版·第3版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1. 牢记正弦函数定义，理解其数学原理内涵。 2. 熟知正弦交流电产生原理及发电过程细节。 能力目标 1. 能够熟练绘制正弦交流电的矢量图、波形图。 2. 可以运用所学知识区分交、直流电应用场景。 情感目标 1. 培养对电工知识探索的好奇心与求知欲。 2. 树立严谨认真对待电工实操的态度 项目6 单相正弦交流电路 导入情景 01 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 1.正弦函数定义 【正弦量表达式】 在直角三角形ABC中(见图6-2)，ㄥC=90°，AB 是ㄥA的斜边c，BC是∠A的对边a，CA是ㄥA的邻边b。取比值:对边比斜边，即a/c，称为A的正弦,用 sinA表示，表达式为： sinA=a/c (6-1)（该式称为三角形的正弦表达式） 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 1.正弦函数定义 【正弦函数定义】 当∠A是一个变量，用x表示，比值a/c用y表示，则式(6-1)改写为 y= sinx 式中： y—正弦函数对边比斜边的比值; x—ㄥA变量。式(6-2)称为正弦函数 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 2.正弦函数的矢量图、波形图表示法 (1)旋转矢量图 建立一个直角坐标系，选择三角形的斜边c为旋转矢量，并取c=1该矢量以坐标原点为中心逆时针旋转，旋转一周便得到一个单位圆，如图6-3a所示。在图中，三角形 abc的x角在0~360°范围内变化时，得到的y值为y=a/1=a，即y值为a边在y轴上的投影值。无论x为何值，都有一个确定的y值与其对应。 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 2.正弦函数的矢量图、波形图表示法 (1)旋转矢量图 当x从0逐渐上升时，y也逐渐上升； 当x=90°时，y达到最大值(y=c=1)； 当x>90°时，y值随着x值的增大而逐渐下降； 当x=180°时，y=0； 当x>180°时，a边变为负值，即y为负值； 当x=270°时，y达到负的最大值(-y=c=-1)； 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 2.正弦函数的矢量图、波形图表示法 (1)旋转矢量图 当x从0逐渐上升时，y也逐渐上升； 当x>270°时，负值逐渐下降； 当x=360°时，y=0； 由图6-3a可见，旋转矢量c在y轴的投影，和角度x有一一对应关系。有一个确定的,值，就有一个确定的，值与之对应。因此，用旋转矢量可以表示正弦函数。旋转矢量法是分析正弦交流电的常用方法之一。 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 2.正弦函数的矢量图、波形图表示法 (2)波形图 当x在一个周期内变化时，可绘出正弦函数的波形图，如图6-3b所示波形图可以非常直观地表现出y值随x值变化的情况，尤其是正半周波形和负半周波形表示的非常清楚。 旋转矢量图和波形图都有一个共同特点，即都与正弦函数有一一对应的关系，都可以用来表示正弦函数。 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 3.交流电 【交流电的定义】 大小和方向都随时间作周期性变化的电压、电流或电动势，统称为交流电(周期函数的定义是:正负半周的面积相等，一个周期的平均值为0)。 定义 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 3.交流电 【交流电的波形】 图 6-4所示是交替变化的电流在导线中流动的情况，图6-5 所示是几种交流电的波形。 波形 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 3.正弦交流电 【正弦交流电的定义】 按正弦规律变化的电压或电流，称为正弦交流电(见(1)电阻分段测量法图6-5a)。正弦交流电有时也简称为交流电。正弦交流电有着广泛的应用，我国的电力网采用的就是频率为50Hz的正弦交流电，又称工频交流电，以下优点使它在世界上得到广泛应用: 1)可以利用变压器升压或降压，便于电能的远距离输送。 2)交流电动机结构简单、成本低、电磁噪声小、使用维护方便。 3)可以通过整流将交流电变为直流电，供直流设备应用。 新知学习 02 一.正弦交流电的概念 3.正弦交流电 【交流电路与直流电路的区别】 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 1.产生过程 图6-6所示是发电机的正面示意图。图中转子具有一对N、S磁极，磁极的表面制造得比较特殊，使磁感应强度相对绕组按正弦规律分布，当转子匀速转动时，定子绕组中产生正弦交流电;A、B是绕组的两个有效边，固定在定子上，两个端点接负载，图6-6 中虚线表示绕组的背面连在一起。 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 1.产生过程 下面分析转子按逆时针方向匀速转动时，绕组切割磁力线产生感应电动势的情况。 当ɑ=0时，转子的中性面扫过绕组的A、B边，由于此时绕组的 A、B边不切割磁力线，绕组中没有感应电动势。 当ɑ=90°时，转子磁极扫过绕组的A、B边，磁感应强度最大，绕组中的感应电动势也最大，电流方向为 A 流出、B 流进。 当ɑ>180°时，对于绕组而言，磁极已经反向，绕组中的感应电动势亦反向，电流方向为A流进、B 流出， 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 1.产生过程 当ɑ=270°时，转子磁极扫过绕组的A、B边，磁感应强度最大，绕组中的感应电动势达到负的最大值。 当ɑ=360°时，转子转过了一个周期，转子的中E)性面又经过绕组，其感应电动势为零。绕组感应电动势波形如图 6-7所示。 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 1.产生过程 以上是转子旋转一周，绕组中的电流变化情况。根据转子磁极表面的磁感应强度相对绕组按正弦规律变化，即 B=Bmsinɑ (6-3) 又根据电磁感应公式 E=Blv，有 e=vlBmsinɑ =Emsinɑ (6-4) v—转子的旋转速度，单位为m/s; L—绕组的A、B有效边长度之和，单位为 m; E—感应电动势的最大值，单位为V。 新知学习 02 二.正弦交流电的产生 1.产生过程 式(6-4)是发电机发出的电动势表达式，输出电压的表达式为 u=Umsinɑ (6-5) 当发电机的转子在匀速旋转时，绕组中就输出正弦交流电。由式(6-4)和式(6-5)可见，发电机的输出电压是转子旋转角度的函数。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 1.关于电容对交、直流电的作用，正确的是（ ） A. 直流电和交流电都能顺利通过电容 B. 直流电不能通过电容流动，交流电可以 C. 交流电不能通过电容流动，直流电可以 D. 电容对交、直流电的阻碍作用相同 答案：B 解析：根据知识点，直流电不能通过电容流动，而交流电可以在电容中流动。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 2.在电感方面，交、直流电的区别是（ ） A. 直流电不能在电感上产生自感电压，交流电可以 B. 交流电不能在电感上产生自感电压，直流电可以 C. 交、直流电都不能在电感上产生自感电压 D. 交、直流电在电感上产生的自感电压相同 答案：A 解析：直流电不能在电感上产生自感电压，而交流电可以在电感上产生自感电压，这是二者的重要区别。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 3.我国工业电力网的正弦交流电是由（ ）发出的。 A. 电池 B. 太阳能板 C. 发电机 D. 变压器 答案：C 解析：原文明确指出我国工业电力网提供的频率为 50Hz 正弦交流电，是由发电机发出的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 4.发电机中，当转子按逆时针方向匀速转动，转子的中性面扫过定子绕组的 A、B 边时，此时绕组（ ） A. 感应电动势最大 B. 感应电动势为负的最大值 C. 不切割磁力线，无感应电动势 D. 电流方向为 A 流进、B 流出 答案：C 解析：当ɑ = 0 时，转子的中性面扫过绕组的 A、B 边，由于此时绕组的 A、B 边不切割磁力线，绕组中没有感应电动势。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 5.发电机转子磁极扫过定子绕组，当角度为 90°时，绕组中的情况是（ ） A. 磁感应强度最大，感应电动势也最大，电流方向为 A 流出、B 流进 B. 磁感应强度最小，感应电动势最大，电流方向为 A 流进、B 流出 C. 磁感应强度最大，感应电动势为 0，电流方向不确定 D. 磁感应强度为 0，感应电动势最大，电流方向为 A 流出、B 流进 答案：A 解析：当ɑ = 90°时，转子磁极扫过绕组的 A、B 边，磁感应强度最大，绕组中的感应电动势也最大，电流方向为 A 流出、B 流进。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 6.发电机转子转过一周，当角度为 270°时，绕组的感应电动势（ ） A. 达到正的最大值 B. 达到负的最大值 C. 为 0 D. 与 90°时相同 答案：B 解析：当ɑ = 270°时，转子磁极扫过绕组的 A、B 边，磁感应强度最大，绕组中的感应电动势达到负的最大值。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 7.根据转子磁极表面的磁感应强度相对绕组按正弦规律变化，即 B = Bmsinɑ，结合电磁感应公式 E = Blv，发电机发出的电动势表达式为（ ） A. e = vlBmcosɑ B. e = vlBmsinɑ = Emsinɑ C. e = Bmvl + sinɑ D. e = Bmvl - sinɑ 答案：B 解析：由已知条件推导可得 e = vlBmsinɑ = Emsinɑ，这是发电机发出的电动势表达式。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 选择题： 8.发电机输出电压的表达式为（ ） A. u = Umcosɑ B. u = Umsinɑ C. u = U + Umsinɑ D. u = U - Umsinɑ 答案：B 解析：原文明确给出输出电压的表达式为 u = Umsinɑ。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 简答题： 1. 请说明旋转矢量图是如何表示正弦函数的。 答案：建立直角坐标系，选择三角形的斜边 c 为旋转矢量，并取 c = 1，该矢量以坐标原点为中心逆时针旋转，旋转一周便得到一个单位圆。当三角形中的角 x 在 0 - 360°范围内变化时，得到的 y 值为 y = a/1 = a，即 y 值为 a 边在 y 轴上的投影值，无论 x 为何值，都有一个确定的 y 值与其对应，且这个投影值和角度 x 有一一对应关系，如同正弦函数中角度与函数值的对应，所以可以用旋转矢量表示正弦函数。 解析：旋转矢量图是分析正弦交流电的重要工具，通过详细阐述其构建过程和 y 值与 x 值的对应原理，帮助学生理解如何将抽象的正弦函数用直观图形展现，化难为易，使学生掌握这种分析交流电的常用方法。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 简答题： 2. 交流电的定义是什么？其波形有什么特点？ 答案：交流电的定义是大小和方向都随时间作周期性变化的电压、电流或电动势统称为交流电，周期函数的定义是正负半周的面积相等，一个周期的平均值为 0。交流电的波形特点是能直观展现电流、电压或电动势随时间交替变化的情况，如常见的导线中交替变化的电流，其正半周和负半周波形清晰，反映出电信号周期性的大小和方向改变。 解析：明确交流电定义及波形特点，有助于学生区分交流电与直流电，从本质和直观呈现两方面深入理解交流电，为后续学习不同类型电路及电器对电源要求等知识做铺垫。 课堂小结 04 作业布置 05 1. 绘制正弦交流电波形图并标注关键数值。 2. 简述交流电与直流电通过电感的不同现象。 3. 推导发电机电动势表达式并分析参数含义。 感谢观看 $$