第七讲 正弦交流电的基本概念（课件）《电工技术基础》河北省（对口升学）专项复习

《电工技术基础》 正弦交流电的基本概念 单元七 职教高考·电工技术基础 考纲要求 了 解 理解（熟悉） 掌 握 熟练掌握 正弦交流电的产生。 描述正弦交流电的基本物理量。 周期、频率、角频率的关系，最大值和有效值的关系。 正弦交流电的解析式、波形图、相量图等表示方法以及相互关系；运用相量图对正弦交流电进行加、减运算。 复习建议：在本节的复习过程中，应熟练掌握右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律。 职教高考·电工技术基础 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 单元七 交流电的基本知识 正弦交流电的产生 正弦交流电的瞬时值与波形图 认识正弦交流电的产生 认识表征正弦交流电的物理量 表征正弦交流电变化范围的物理量 表征正弦交流电变化快慢的物理量 表征正弦交流电起始位置的物理量 认识正弦交流电的表示方法 解析式表示法 相量图表示法 波形图表示法 知识学习 一 交流电 职教高考·电工技术基础 直流电路： 考点一：正弦交流电的产生 在直流电路中，电流、电压的方向都不随时间变化。 直流电路和交流电路的不同点 1 直流电流 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 交流电路： 在交流电路中，电流、电压的大小和方向随时间做周期变化，且在一个周期内平均值为零，这样的电流、电压叫做交变电流、交变电压，统称为交流电。 几种常见交流电的电流波形图 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 注意：（1）在交流电路中，随时间变化的量用小写字母表示，如随时间变化的 电流、电压、电动势和功率的瞬时值，分别用i、u、e、p表示； （2）不随时间变化的量用大写字母表示，如电流、电压、电动势的有效 值和平均功率分别用大写字母I、U、E、P表示。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 交流电的优点 （1）交流电可以利用变压器方便的改变电压，便于输送分配和使用。 （2）交流电动机比相同功率的直流电动机结构简单，成本低，使用 维护方便。 交流电的优点 2 （3）可以应用整流装置，将交流电变换成直流电。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 正弦交流电 职教高考·电工技术基础 正弦交流电 1 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、 电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。 正弦交流电： 非正弦交流电： 大小和方向随时间不按正弦规律变化的，常见的有矩形波、三角波等。 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 正弦交流电的产生 2 如图所示将矩形线圈置于匀强磁场中匀速转动，即可产生按正弦规律变化的交流电。 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 中性面： 跟磁力线垂直的平面叫中性面。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 交流电的瞬时值： 交流电的电压或电流在变化过程的任一瞬间，都有确定的大小和方向。 正弦交流电的瞬时值 3 i ( t ) = Imsin( t  i 0) u ( t ) = Umsin( t  u0) e ( t ) = Emsin( t  e0) 在某一时刻 t 的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示，即： 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 振幅： 式中，Im、Um、Em 分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做 峰值或最大值)，电流的单位为安培(A)，电压和电动势的单位为伏特 (V)； 角频率：  叫做交流电的角频率，单位为弧度/秒(rad/s)，它表征正弦交流 电流每秒内变化的电角度； 初相位： i0、u0、e0 分别叫做电流、电压、电动势的初相位或初相，单位 为弧度 rad 或度(  )，它表示初始时刻(t = 0 时)正弦交流电所处的 电角度。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 正弦交流电的波形图 4 波形图：在直角坐标系中，用横坐标表示时间t，纵坐标表示交流电的瞬时值， 把某一时刻t 和与之对应的u或I作为平面直角坐标系中的点，用光滑 的曲线把这些点连接起来，就得到交流电u或i随时间变化的曲化。 通过波形图可以直观地了解电压或电流随时间变化的规律。 意义： 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 一 注意：从图中可以看出，线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向 就改变一次。因此，线圈转动一周，感应电动势和感应电流的方向改变两次。 知识学习 一 表征交流电变化快慢的物理量 职教高考·电工技术基础 考点二：正弦交流电的基本物理量 周期 1 周期： 正弦交流电完成一次周期性变化所需要的时间。 物理意义： 描述交流电变化快慢的物理量。 符号： T表示。 国际单位： 秒（S）。 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 频率： 交流电在单位时间内（1s）完成周期性变化的次数。 频率 2 物理意义： 描述交流电变化快慢的物理量。 符号： f 表示。 国际单位： 赫兹（Hz）。 周期与频率之间的关系： 国家规定： 动力和照明用电的频率为50 Hz，习惯上称为工频，其周期为0.02s。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 角频率 3 符号： 角频率： 单位时间内电角度的变化量称为角频率。 国际单位：  弧度/秒（ rad/s ） 周期、频率、角频率关系： 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 表征交流电变化范围的物理量 最大值 1 最大值： 正弦交流电在一个周期内所能达到的最大数值，又称振幅、幅值或峰值。 符号： Em、 Um、 Im 最大值在实际中有重要意义。例如，我们在讨论电容器的耐压时，若电容器是应用 在正弦交流电中，其耐压就一定要高于交流电压的最大值，否则电容器可能被击穿。 物理意义： 描述交流电强弱的物理量。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 有效值 2 让交流电与直流电分别通过阻值相同的电阻、如果在相同的时间内它们所产生的热量相等，就将这一直流电的数值定义为这一交流电的有效值。 有效值： 符号： E 、U 、I 有效值和最大值是从不同角度反映交流电流强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，不作特殊说明的都是有效值。例如，市电电压是220V，是指其有效值为220V。 工频电压： 我国工业和民用交流电源的有效值为 220 V、频率为50 Hz，因而通常将这一交流电压简称为工频电压。 物理意义： 描述交流电强弱的物理量。 知识学习 一 有效值和最大值的关系 3 职教高考·电工技术基础 因为正弦交流电的有效值与最大值(振幅值)之间有确定的比例系数，所以有效值、频率、初相这三个参数也可以合在一起叫做正弦交流电的三要素。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 相位： 正弦交流电解析式中的“ t + 0 ”， 就是相位，它表示t时刻,线圈平面与中性面之间的夹角、相位是一个随时间变化的量。 相位 1 表征交流电起始位置的物理量 物理意义： 相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅取决于瞬时值的大小和方向，还能表示正弦交流电的变化趋势。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 初相位 2 初相位： 正弦交流电在t=0时的相位称为初相位，用“0”表示。它反映了正弦交流电起始时刻的状态。 物理意义： 初相位反映了正弦交流电起始时刻的状态。 注意：初相的大小和时间起点的选择有关，习惯上初相用绝对值小于π的角表示。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 相位差 3 相位差： 两个同频率正弦交流电任一瞬间的相位之差。 符号： Δ = ( t + 01 )-（  t + 02）= 01- 02 表达式： Δ 规定： || ≤ 180　或　|| ≤  在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 讨论： (a)当 Δ > 0 时，称第一个正弦量比第二个正弦量超前Δ ； (b)当 Δ < 0 时，称第一个正弦量比第二个正弦量滞后Δ ； (c)当 Δ = 0 时，称第一个正弦量与第二个正弦量同相； (d)当 Δ =   或  180 时，称第一个正弦量与第二个正弦量反相； (e)当 Δ = 　或  90 时，称第一个正弦量与第二个正弦量正交。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 解析式表示法 职教高考·电工技术基础 考点三：正弦交流电的表示方法 用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的关系式。 解析式表示法： 解析式表示法 1 、、 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 电流的解析式： 电流、电压、电动势的解析式 2 i(t) = Imsin( t  i0) 电压的解析式： 电动势的解析式： u(t) = Umsin( t  u0) e(t) = Emsin( t  e0) 注：只要给出时间 t 的数值，就可以求出该时刻i、u、e的值。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 波形图表示法 波形图表示法： 波形图表示法 1 在平面直角坐标系中，将时间t 或角度ωt 作为横坐标，与之对应的e，u，I 的值作为纵坐标，作出e，u，I 随时间t 或角度ωt 变化的曲线，这种方法叫图像法，这种曲线叫交流电的波形图。 物理意义: 波形图可以直观地反映出交流电的最大值、初相位和周期。 规定电压的方向由高电位指向低电位。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 2 交流电波形图 横坐标表示电角度t或时间t，纵坐标表示随时间变化的电流、电压和电动势的瞬时值。 交流电波形图： 规定电压的方向由高电位指向低电位。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 注意： (1)如果曲线的起点在坐标原点的左边，则初相为正，初相的大小为曲 线起点到原点的距离； (2)如果曲线的起点在坐标原点的右边，则初相为负，初相的大小为曲 线起点到原点距离的相反数； (3)如果曲线的起点在坐标原点上，则初相为零。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 相量图表示法 相量图表示法： 相量图表示法 1 一个正弦量可以用一个旋转相量表示。 以坐标原点O为端点做一条有向线段，线段的长度为正弦量的最大值（有效值），旋转相量的起始位置与x轴正方向的夹角为正弦量的初相位，它以正弦量的角频率ω为角速度，绕原点逆时针匀速转动，即在任一时刻，旋转矢量在纵轴上的投影就等于该时刻正弦量的瞬时值。 （旋转相量法） 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 最大值相量和有效值相量 2 职教高考·电工技术基础 注意：（1）旋转矢量既可以反映正弦量的三要素（振幅、频率、 初相），又可以通过 它在纵轴上的投影求出正弦量的瞬时值。 （2）只有同频率的正弦量才可以利用旋转相量的平行四边形法则来进行加、减 运算。 巩固练习 二 中性面是指与磁感线方向( )的面。 A.垂直 B. 平行 C.夹角为60° D.夹角为120° 【解题分析】本题主要考查中性面的概念。 A 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 2.交流电比直流电的应用更广泛,是因为( )。 A.交流电容易产生 B.交流电易使用 C.交流电易传递 D.交流电比直流电的无功功率少 【解题分析】本题主要考查交流电的优点。 A 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 3.正弦交流电的周期与频率成反比。（ ） 【解题分析】本题主要考查周期和频率的关系。 由T=知周期与频率成反比。 √ 巩固练习 二 4.两正弦交流电流i1=10 sin（100πt- ）mA，i2=10 sin（ 100πt+ ）mA，则 i1与i2的相位关系是（ ）。 A.相反 B.相同 C. i1超前i2 D.i1滞后i2 【解题分析】本题主要考查两个正弦交流电的相位关系。 Δ12=1-2=- <0 职教高考·电工技术基础 D 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 5.已知两正弦交流电压u1=Umsin(100πt+150°)V，u2=Umsin(200πt-120°)V， 它们的相位差为( )。 A. 30° B. 270° C.-90° D.无法确定 【解题分析】本题主要考查两个正弦交流电存在相位差的条件。 两个正弦交流电存在相位差的条件是同频率。 D 巩固练习 二 6.已知正弦交流电流i的初相位为30°，则-i的初相位为-30°。( ) 【解题分析】本题主要考查初相位的范围。 正弦交流电流i的初相位为30°，则-i的初相位为-150°。 职教高考·电工技术基础 × 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 7.相位和相位差是表述正弦交流电变化快慢的物理量。（ ） 【解题分析】本题主要考查相位和相位差的物理意义。 × 巩固练习 二 8.某电气设备铭牌上标注额定电压220V，是指电压的( )。 A.最大值 B.瞬时值 C.有效值 D.平均值 [解析]通常电气设备铭牌上所标的电流、电压、电动势的值，如不作特殊说明都是指效值。 【解题分析】本题主要考查有效值。 通常电气设备铭牌上所标的电流、电压、电动势 值，如不作特殊说明都是指效值。 C 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 9.工程中使用的交流电气设备铭牌上标出的耐压值或绝缘等级，是指交流电的( )。 A.有效值 B.最大值 C.瞬时值 D.不确定。 ， 【解题分析】本题主要考查最大值。 在选择电器的耐压值时，必须考虑电压的最大值。 B 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 10.正弦交流电的三要素是指( )。 A.电阻、电感和电容 B.电流、电压和相位差 C.最大值、频率和初相位 D.瞬时值、最大值和初相位 ， 【解题分析】本题主要考查正弦交流电的三要素。 C 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 11.波形图表示法是正弦交流电的表示方法之一，它可以直观表示 出正交流电的( )。 A.最大值、初相位、周期 B.有效值、初相位、周期 C.最大值、角度和初相位 D.有效值、初相位和角度 ， 【解题分析】本题主要考查波形图表示法的物理意义。 A 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 12.面四个选项中不能用作交流电的表示方法的是( )。 A.初位相 B.三角函数 C.旋转矢量 D.波形图 【解题分析】本题主要考查交流电的表示方法。 A 感谢观看 职教高考·电工技术基础 $