正弦交流电的产生
交流电的产生
交流电的产生
一、交变电流的产生和变化规律
1、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。
2、正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流
3、中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。
4、正弦式交流电的产生和变化规律
（1）产生过程
（2）规律
函数形式：N匝面积为S的线圈以角速率ω转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSωsinωt，用Em表示峰值NBSω，则，电流。
二、描述交变电流的物理量
1、周期和频率
交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。
（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒（S），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。
（2）频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。
（3）关系：
2、瞬时值、最大值、有效值和平均值
（1）感应电动势瞬时值表达式：(在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。)
若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）。
感应电流瞬时值表达式：（安）
若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）。
感应电流瞬时值表达式：（安）
（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。
——交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。应强调指出的是，
正弦交流电路
二单元正弦交流电路
引言
正弦交流电的产生：
正弦交流电路:含有正弦电源而且电路各部分所产生的电压和电流均按正弦规律变化的电路。
因为交流电可以利用变压器方便地改变电压、便于输送、分配和使用。所以，在生产和生活中普遍应用正弦交流电。
着重讨论和分析交流电路的基本概念、基本规律和基本分析方法。
随时间按正弦规律变化的交流电压、电流、电动势称为正弦电压、电流、电动势。
正弦量：正弦电压、电流、电动势统称为正弦量。R
i
a
b
)
sin(m i t I i ψω+=规定电流参考方向如图：i
ωt
i
ψ正半周：
电流实际方向与参考方向相同负半周：
电流实际方向与参考方向相反
+
-
最大值
角频率初相角
正弦量的三要素
课题1正弦交流电的基本概念
一、正弦量的三要素
表达式：
波形：
用带有下标m 的大写字母表示:
I m 、U m 、E m
有效值：一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直
流电流的做功能力，这个直流电流的数值就叫该交流电流的有效值。用大写字母表示：I 、U 、 E
1. 最大值
描述正弦量变化范围的参数。t
i
Ｔ
最大值I m
⎰
=
T
dt
i T
I 0
2
1正弦量最大值与有效值的关系
E
E m 2=I
I m 2=U
U m 2=
2. 角频率ω
描述正弦量变化快慢的参数。单位：rad/s
周期(T ): 变化一个循环所需要
的时间，单位(s)。频率( f ): 单位时间内的周期数
单位(Hz)。三者间的关系示为：
=2π/T =2πf
ωT
ωt 2ππ
t
i
ＴT/2我国和大多数国家采用50Hz 作为电力工业标准频率(简称工频)，少数国家采用60Hz 。
i
ωt
正弦交流电产生原理
正弦交流电产生原理
正弦交流电产生原理
一、正弦交流电的概念
正弦交流电是一种按照正弦波变化的电流或电压，也可以说是电流或电压在一个定周期内按照正弦曲线变化的电流或电压。
二、正弦交流电产生原理
1、由发电机产生——利用发电机原理，POS机上的当前由旋转的磁转子，围绕着定子的重新的电磁场产生的线圈电流的有效动力，经过连接的外部电路，形成许多正弦波的电流，调节磁转子的转速和外部负荷，可以控制正弦交流电的频率。
2、由变压器产生——将一定频率、扭矩、输出功率的正弦交流电，通过变压器流进线圈，产生相应的励磁电压，在线圈中产生磁通，线圈支持磁通逆时针旋转，从而产生正弦交流电。
三、正弦交流电的用途
1、可以驱动电机运转，使用较多的马达就是使用正弦交流电驱动的。
2、可以控制加热设备的工作，例如电锅、电烤箱、电热水壶等等。
3、可以用来向计算机，电子器件供电。
4、可以用于供电的镇电设备，例如变压器、控制台、发电机、晶闸管
等等。
5、可以用作正API、正SIN和正IMU测量架的信号电源。
（完整版）1交流电的产生及变化规律
（完整版）1交流电的产⽣及变化规律
第⼗四章交变电流
第⼀单元
交流电的产⽣及变化规律
基础知识⼀.交流电
⼤⼩和⽅向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。其中按正弦规律变化的交
变电流叫正弦式电流，正弦式电流产⽣于在匀强电场中，绕垂直于磁场⽅向的轴匀速转动的
线圈⾥，线圈每转动⼀周，感应电流的⽅向改变两次。⼆?正弦交流电的变化规律
线框在匀强磁场中匀速转动.
1当从图12—2即中性⾯位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产⽣的感应电动势随时间⽽变的函数是正弦
函数：
即 e= e m sin 3 t , i = I m sin w t
3 t 是从该位置经t 时间线框转过的⾓度；3 t 也是线速度V 与磁感应强度B 的夹⾓；。是线框⾯与中性⾯的
夹⾓
2. 当从图位置开始计时：
贝y ： e= e m cos w t , i = I m COS 3 t
3 t 是线框在时间t 转过的⾓度；是线框与磁感应强度B 的夹⾓；此时V 、B 间夹⾓为(n /2 ⼀3 t ).
3.
对于单匝矩形线圈来说
E m =2Blv=BS 3；对于n
匝⾯积为S 的线圈来说E m =nBS 3。对于总电阻为 R
的闭合电路来说
1 = E m im =
R
三.⼏个物理量
1. 中性⾯：如图所⽰的位置为中性⾯，对它进⾏以下说明：
(1) 此位置过线框的磁通量最多. (2)
此位置磁通量的变化率为零.所以 e= e m sin 3 t=0, i
= I m sin 3 t=0
(3)
此位置是电流⽅向发⽣变化的位置，
具体对应图中的t 2,
t 4时刻，因⽽交流电完成⼀次全变化中线框两次过中性⾯，
正弦交流电的基本概念
正弦交流电动势的有效值为
E Em 2 0.707E m
2.周期、频率、角频率
（1）周期
正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期， 用字母 T 表示，单位为秒：s 。显然正弦交流电流或电压相 邻的两个最大值 ( 或相邻的两个最小值 ) 之间的时间间隔即 为周期，由三角函数知识可知
3.相位、初相位、相位差 任意一个正弦量 y = Asin( t 0 )的相位为( t 0 )， 本章只涉及两个同频率正弦量的相位差 (与时间 t 无关)。设 第一个正弦量的初相为 01 ，第二个正弦量的初相为 02 ， 则这两个正弦量的相位差为 12 = 01 02
T
2
（2）频率
交流电周期的倒数叫做频率(用符号 f 表示)，即 f 1
T
它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的
次数，即表征交流电交替变化的速率 ( 快慢 ) 。频率的国际单 位制是：赫兹(Hz) 。角频率与频率之间的关系为
= 2 f
例如正弦交流电流 i = 2sin( t－30) A 的有效值 I = 2×0.707 = 1.414 A，如果通过 R = 10 的电阻时，在 一秒时间内电阻消耗的电能(又叫做平均功率)为 P = I2R = 20 W，即与 I = 1.414 A 的直流电流通过该电阻 时产生相同的电功率。 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。 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。
正弦交流电的产生
正弦交流电的产生
物理组陈娟
正弦交流电是交流电里最基本、最简单的一种，所以正弦交流电佔有其特殊地位。到底有哪些方式可以产生正弦交流电呢？本文归纳成以下几种。
方式1：线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电
这是产生正弦交流电的最基本方式，也是感应发电机的原理。线框的转动轴一般跟磁场方向垂直，线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。在中性面处磁通量最大，而感应电动势最小为零。
最大值eｍ＝nbsω，这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可，不要求转动轴**圈的什幺特殊位置上；这一结果也与线圈的形状无关。其瞬时值的表示式为e = eｍsinωt。
方式2：穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电
如图2所示，垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时，根据麦克斯韦的电磁理论可知，**圈中会产生正弦交流电。即磁感强度b＝bｍcosωt,则线圈中的电流i = bms sinωt.(s为线圈的面积)。
这样形成的电流叫涡旋电流，在变压器的铁芯中就存在着涡流；为防止因此而产生的损耗，所以变压器的铁芯是由一片一片的硅钢片做成的。电磁炉就是利用这一原理製成的。
方式3：导体棒匀速切割有界磁场时产生正弦交流电
例：如图3所示，一个被x轴与曲线y=πx（ｍ）所围的空间中存在着匀强磁场。
磁场方向垂直纸面向里，磁感强度b＝。正方形金属线框的边长是l＝0. 40ｍ，电阻r＝ω，它的一边与ｘ轴重合，在拉力f的作用下，线框以ｖ＝10ｍ的速度水平向右匀速运动。试求：
（1）拉力f的最大功率是多少？（2）拉力f要做多少功才能把线框拉过磁场区？
正弦交流电路的电压、电流
详细描述
根据欧姆定律，电流（I）等于电压（V） 除以电阻（R），即 I = V/R。在正弦交流 电路中，电压和电流都是正弦波，其有效 值分别为电压和电流的最大值除以根号2。
电流的测量
总结词
电流的测量可以通过使用电流表来完成。
详细描述
电流表是一种测量电路中电流大小的仪表，其工作原理基于安培环路定律。在 正弦交流电路中，可以使用交流电流表来测量电流的大小和方向。
正弦交流电的参数
总结词
正弦交流电的主要参数包括频率、幅值、相位和初相角。
详细描述
频率是正弦交流电每秒变化的周期数，单位为赫兹（Hz）。幅值或峰值是正弦波的最大值，表示电压或 电流的大小。相位是电压和电流之间的时间差，而初相角则是正弦波在某一特定时刻与时间轴之间的角度 差。这些参数对于分析正弦交流电路的特性和行为至关重要。
动力电路
电机驱动
正弦交流电在电机驱动中发挥着重要 作用，如交流电机、感应电机等。通 过正弦交流电的相位变化，可以控制 电机的旋转方向和速度，实现电机的 调速和变速控制。
变频器
变频器是利用正弦交流电的相位控制 技术的一种电力电子装置，它可以改 变交流电的频率和电压，实现对电机 等设备的精确控制。
通信电路
对电源要求高
正弦交流电路需要高质量的电源，以避免电压波 动和噪声干扰。
传输损耗大
在长距离传输中，正弦交流电路的电能损耗较大， 需要采取措施进行补偿。
交流电基础知识
Um 3. U 0.707U m 2
即 : Em E 2
即 : Im I 2
即 : Um U 2
符号说明
瞬时值 --- 小写 有效值 --- 大写
u、i
U、I
最大值 --- 大写+下标
Um
问题
若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于 220V 的线路上? 最高耐压 =300V
2）. 提高功率因数的方法 尽量减少感性设备的空载和轻载。
I
a
I1 R
电 动 机
在感性设备两端并联 适当电容。
IC
-jXC
jXL
U
当用电气设备是感性负载时， 用一个适当的电容与之并联， 就能够提高电气设备的功率 因数，从而提高整个电网的
功率因数。
让无功电流在电容和电感之间进行环流。
无功功率Q的 单位是： 乏 （var）
无功功率是与电源交换的功率： Q=UIsinφ 对于感性电路，φ ＞0，则sinφ ＞0，无功功 率Q为正值；对于电容性电路，φ ＜0，则 sinφ ＜0，无功功率Q为负值。当Q＞0时， 为吸收无功功率；当Q＜0时，则为发出功率。
3. 视在功率
在交流电路中，端电压与电流的有效值乘积称 为视在功率，用S表示。即 S=U I 视在功率的单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。 视在功率S通常用来表示电气设备的容量。容 量说明了电气设备可能转换的最大功率。电源 设备如变压器、发电机等所发出的有功功率与 负载的功率因数有关，不是一个常数，因此电 源设备通常只用视在功率表示其容量，而不是 用有功功率表示。
正弦交流电
正弦交流电
1)在0~t期间:交流电源e的电压极性是上正下负，电流I的方向是，交流电源上正→电阻R→交流电源下负，并且电流I逐渐增大，电流逐渐增大在图1-21c中用波形逐渐上升表示，t时刻电流达到最大值。
2) 在h~期间:交流电源e的电压极性仍是上正下负，电流I的方向仍是，交流电源上正→电阻 R→交流电源下负，但电流I逐渐减小，电流逐渐减小在图1-21c中用波形逐渐下降表示，t,时刻电流为0。
3) 在t₂~ㄣ期间:交流电源e的电压极性变为上负下正，电流I的方向也发生改变，图1-21c中的交流电波形由t轴上方转到下方表示电流方向发生改变，电流I的方向是，交流电源下正→电阻R→交流电源上负，电流反方向逐渐增大，t₃时刻反方向的电流达到最大值。
4) 在h~t期间:交流电源e的电压极性仍为上负下正，电流仍是反方向，电流I的方向是，交流电源下正→电阻R→交流电源上负，电流反方向逐渐减小，t、时刻电流减小到0。t时刻以后，交流电源的电流大小和方向变化与0~t期间变化相同。实际上，交流电源不但电流大小和方向按正弦波变化，其电压大小和方向变化也像电流一样按正弦波变化。
人教版(2019)高二 物理 选择性必修 第二册 第三章：3.2-交流电的描述(共44张PPT)
(1)I1
5 2Βιβλιοθήκη Baidu
2A
T1 0.4s
f1 2.5Hz
I2 5A T2 0.4s
f2 2.5Hz
（2）P甲:P乙＝I12R:I22R＝（I1／I2）2＝1:2
练习3:一个电阻接在10V的直流电源上，
它的发热功率是P，当接到电压为
u=10sinωtV的交流电源上，它的发热功
率
（ B）
A．0.25P B．0.5P
（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相 同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等， 就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系： E Em
2
注意：A.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值
B.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 C.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。
(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线 圈中感应电动势的瞬时表达式；
解析：
e Em sint NBS2 nsin(2 nt)
100 1 0.05 2 300 sin(2 300 t)
60
60
50sin(10t)V
练习15、如图所示，线圈的面积是0.05㎡，共有100 匝；线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁 感应强度为B＝1／πT，当线圈以300r/min的转速匀 速旋转时，求：
正弦交流电源电压U=220V
负载，图中虚线表示绕 组的背面连在一起。
下面分析转子按逆时针方向匀速转动，绕组切割磁力线产生感应电 动势的情况： 当α =0，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α =90o ，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α ＞180o，对于绕组而言，磁极已经反向，绕组中的感应电动势 亦反向，即A 为流进，B 为流出。 当α =270o，绕组中的感应电动势达到负的最大值。 当α =360o ，转子转过了一个周期，转子的中性面又经过绕组，其感 应电动势为零。
=2πf 交流电的表达式可为
2
T
u U m sin t
4．初相角φ0 在下图中，当计时起点t = 0时，正弦交流电已具有电角度φ0 ，φ0我
们就称为正弦交流电的初相角。显然，初相角的选择与计时起点有关， 如果选择正弦交流电从通过零值向正的方向增加的瞬间作为计算时间 的起点，则φ0 = 0。
1 kHz =103 Hz 1 MHz =103 kHZ =106 Hz 频率和周期互为倒数关系，即 f=1/T
正弦函数总是与一定的角度相对应，正弦交流电也是如此，当其变 化一个周期时，电角度也变化了2π弧度（弧度是角度单位，2π弧度 =360o）。因此，正弦交流电变化的快慢除了用频率表示外，还可 以用角频率ω来表示，角频率是交流电每秒所变化的电角度。角频 率ω的单位是rad/s（弧度/秒）或s-1（1/ 秒）。角频率和周期、频 率的关系为
中职教育-《电工技术基础与技能》第5章 正弦交流电.ppt
在分析计算非正弦周期波作用下的线性电路的电压和电流时，可先将其分解，然 后根据叠加定理分别计算各分量单独作用时的电压和电流，最后将计算结果叠加，这 一方法称为谐波分析法。
量的瞬时值，如图所示。
正弦交流电的旋转矢量表示法
5.3.3 旋转矢量法
用旋转矢量法表示正弦量时，不可能把每一瞬间的位置都画出来，若正弦 量的频率相同，矢量的旋转速度一样，它们的相对位置就不变。因此，只需画 出它的起始位置与x轴正方向的夹角（初相）和几个关键点，如最大值、x=0、 y=0处，就可以基本表达出正弦量的主要特征，而角速度ω则完全不必画出。
5.3 正弦交流电的表示方法
5.3.1 解析式法
用正弦函数式表示正弦交流电随时间变化的关系的方法称为解析式法。正 弦交流电的电流、电压和电动势的解析式分别为
i Im sin(t i0) u Um sin(t u0 ) e Em sin(t e0 )
式中： i ，u ，e ——表示电流、电压、电动势的瞬时值；
在正弦量的三要素中，当频率已知和确定后，只要求出最大值（振幅）和 初相，这个正弦量也就确定了。根据正弦电路的这一特点，我们可以用一个与 之对应的矢量来表示正弦量的最大值（振幅）和初相。
交流电高中物理知识点
交流电高中物理知识点
交流电高中物理知识点
1．交流电的产生：线圈在磁场中转动，由于在不同时刻磁通量的变化率不同，产生大小、方向随时间做周期性变化的电流，这种电流叫交流电。按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。
2．正弦交流电的变化规律
（1）可以用如图所示的正弦（或余弦）图象来表示正弦交流电电流、电压的变化规律。
（2）交流电的峰值、周期、频率
Um、Im是电压、电流的最大值，叫做交流电的峰值。
交流电完成一次周期性变化所用的时间叫做交流电的周期T；交流电在1s内发生的周期性变化的次数，叫交流电的频率f，单位是Hz；周期和频率的关系是；我国电网中的交流电频率f =50Hz。
3．交流电的有效值
（1）交流电的有效值是根据电流的热效应规定的.：把交流和直流分别通过相同的电阻，如果在相等的时间里它们产生的热量相等，我们就把这个直流电压、电流的数值称做交流电压、电流的有效值。
（2）按正弦规律变化的交流，它的有效值和峰值之间的关系是（Ue、Ie分别表示交流电压、电流的有效值）
【交流电高中物理知识点】
专题07交流电的产生与描述——学生版
专题7交流电的产生与描述（学生版）
一、目标要求
目标要求重、难点
交流电的产生重点
交流电的描述重点、难点
电阻、电感、电容对交流电的阻碍
二、知识点解析
1．直流电和交流电的区别
(1)定义：方向不随时间变化的电流称为直流电，如图1(a)；大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，如图1(b)：
图1
大小和方向随时间发生周期性变化的电流称为交变电流，简称交流电，如图1(c)和图1(d)，其中电流随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流，简称正弦交流电，如图1(d)．2．正弦交流电的产生原理
产生机理如图2所示，线圈abcd置于匀强磁场中，绕中轴匀速转动，ab边和cd边切割磁感线产生感应电流，并通过电刷将电流输出至外电路．
①产生机理：
若线圈abcd 在磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω绕中轴OO '做匀速圆周运动，如图3(a)所示，其中ab = L 1，bc = L 2，经过时间t 后线圈转过的角度为θ = ωt ．
以ab 为研究对象，转至图3(b)位置时速度为v ，则ab 产生的感应电动势为：e ab = BL 1v ⊥= BL 1v sin θ． ab 线速度v 与线圈角速度关系为：22L v R ωω==．
除ab 边外，cd 边同时以大小相等方向相反的速度也切割磁感线，线圈abcd 的总感应电动势为：e =2e ab ． 由上可得：2
111222sin 2sin sin 2ab L e e BL v BL t BL L t ωθωωω===⋅⋅=．
设矩形线圈面积为S ，则S = L 1L 2，考虑到线圈实际匝数为N ，则：e = NBSωsin ωt ．
交流电的产生及变化规律
交流电的产生、描述交流电的物理量
学习目的：
（1）了解交流电的产生原理
（2）掌握正弦交流电的变化规律
（3）理解瞬时值、最大值、有效值、周期、频率等概念
一、几个概念
1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下
本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。
从微观上讲 i=nesv其中v为电荷的平均定向移动速率，可设想若v都随时间整齐地按正弦规律变化，即一起做简谐振动时，电路中将有正弦交变电流。
2、特点
易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。∴交流电在电力工程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经做为现代国民经济的主要动力。
在稳恒电流中，I—电流、U(ε)—电压（电动势），都是恒定值。但在本章，i—电流、e—电动势、u—电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i(t)、e(t)、u(t)。
二、交流电的产生
法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机
1、发电机的组成
磁极、线圈（电枢）
旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V
旋转磁极：比较常用，几千~几万V
原理：利用线圈在磁场中绕某一固定轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流
机械能→电能
2、交流电的产生
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。其中ab、cd边切割磁感线，且ab、cd始终与速度v垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为：
高中物理总复习之知识讲解 正弦交流电的产生和描述(基础)
高考总复习：正弦交流电的产生和描述
【考纲要求】
1、知道交变电流的产生及正弦交变电流各物理量的变化规律、变化图像；
2、理解交变电流有效值的定义，会计算简单的非正弦交流电的有效值；
3、了解电容、电感对交变电流的影响。
4、会计算交流电路中的电压、电流、功率、热量、电量等。
【知识网络】
【考点梳理】
考点一、交流电的产生及变化规律
1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下
本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。 2、特点
易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。∴交流电在电力工程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经作为现代国民经济的主要动力。
在稳恒电流中，I —电流、U （E ）—电压（电动势），都是恒定值。但在本章，i —电流、e —电动势、u —电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i （t ）、e （t ）、u （t ）。 3、交变电流的产生机理 要点诠释：
法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机。 （1）发电机的组成
磁极、线圈（电枢）
旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V 旋转磁极：比较常用，几千~几万V
原理：利用线圈在磁场中绕某一固定轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流
能量转化：机械能→电能 （2）交流电的产生
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。其中ab 、cd 边切割磁感线，且ab 、cd 始终与速度v 垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为：
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正弦交流电的产生
物理组陈娟
正弦交流电是交流电里最基本、最简单的一种，所以正弦交流电占有其特殊地位。到底有哪些方式可以产生正弦交流电呢？本文归纳成以下几种。
方式1：线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电
这是产生正弦交流电的最基本方式，也是感应发电机的原理。线框的转动轴一般跟磁场方向垂直，线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。在中性面处磁通量最大，而感应电动势最小为零。最大值Eｍ＝nBSω，这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可，不要求转动轴在线圈的什么特殊位置上；这一结果也与线圈的形状无关。其瞬时值的表达式为e = Eｍsinωt。
方式2：穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电
如图2所示，垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时，根
据麦克斯韦的电磁理论可知，在线圈中会产生正弦交流电。即
磁感强度B＝Bｍcosωt,则线圈中的电流i= B m S sinωt.(S
为线圈的面积)。这样形成的电流叫涡旋电流，在变压器的铁芯
中就存在着涡流；为防止因此而产生的损耗，所以变压器的铁
芯是由一片一片的硅钢片做成的。电磁炉就是利用这一原理制
成的。
方式3：导体棒匀速切割有界磁场时产生正弦交流电
例：如图3所示，一个被x轴与曲线
y=0.2sin10πx/3（ｍ）所围的空间中存在着匀
强磁场。磁场方向垂直纸面向里，磁感强度B＝
0.2T。正方形金属线框的边长是L＝0.40ｍ，电
阻R＝0.1Ω，它的一边与ｘ轴重合，在拉力F的
作用下，线框以ｖ＝10ｍ/s的速度水平向右匀速
运动。试求：（1）拉力F的最大功率是多少？（2）
拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区？
分析：导体切割有边界的磁场时，其有效长度L往往会发生变化，所产生的电流也会随之发生变化。特别在这一题中，边界为正弦曲线，所产生的电流即为正弦交流电。在解决本题第（2）问，必须知道在线框被拉过磁场区域时，线框
中产生的电流为正弦交流电的半波，因此其有效值为By m v/.
方式4：互感产生正弦交流电
这种方式就是变压器的原理，实际上就是一个电生磁磁
生电的过程，也就是互感现象。如图4所示，这里不再赘述。
方式5：滑动变阻器上的滑片做简谐运动时产生正弦交流电
例：在图5所示的电路中，滑线变阻器是由均匀电阻
绕成的，ｄ是它的中点，电源电动势E＝3V，内阻忽略不
计。问：
(1)若要在A、B间得到一正弦交流电压，滑动触头P
如何滑动？
(2)当A、B间得到正弦交流电压时，其电压有效值最大可能是多少？
解析：AB两点间的电压就是Pｄ间的电压。设滑线变阻器的总长为L，Pｄ
间长度为ｘ。由串联电路的特点可知，U AB＝，而E和L是定值，故欲使AB 间的电压为正弦电压，必须使ｘ随时间ｔ成正弦变化。因此，P应做简谐运动；即ｘ＝X M sinωt。振幅X M越大其最大值越大，当振幅X M取最大时其有效值为最大，
因此有效值最大为V。
方式六：导体棒做简谐运动而切割磁感线时产生正弦交流电
例：如图6所示，PQ和MN是平行放着的
两根金属导轨(电阻忽略不计)，其间距为L
左边接一阻值为R的电阻；右边有一导体棒
EF(电阻忽略不计)垂直放在导轨上。匀强磁场
垂直导轨平面向下，磁感强度大小为B. 问：
(1)导体棒在导轨上做何运动可以在电阻R上
得到正弦交流电？(2)若导体棒的速度为v
=V m sinωt, 那么电阻R在2π/ω时间内产生的焦耳热是多少？
解析：欲使电阻上得到正弦交流电，导体棒就应做简谐运动。正弦交流电的
电压有效值为BLVｍ/,电阻R在2π/ω时间内所产生的焦耳热为
.
方式七：LC振荡电路产生高频正弦交流电
在LC振荡电路中，当电容器C充电之后，在电感L的自感和电容C反复充放电的共同作用下，电路中就会产生高频正弦交
流电，叫做振荡电流。
除了以上几种方式之外，对压电材料施加周期性变化的作用力，压电材料由于其压电特性也会产生正弦交流电。压电材料现已广泛用于各种电气中。