物理交变电流知识点

第五章交变电流

一、交变电流的产生

1、原理：电磁感应

2、中性面：线圈平面与磁感线垂直的平面。

3、两个特殊位置的比较

①线圈平面与中性面重合时（S ⊥B ），磁通量Φ最大，

t

∆∆Φ

=0，e=0，i=0，感应电流的方向将发生改变。

②线圈平面平行与磁感线时（S ∥B ），Φ=0，

t

∆∆Φ

最大，e 最大，i 最大，电流方向不变。

4、 穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势、感应电流随时间变化的函数关系总是互余的： 取中性面为计时平面：

函数

图象

磁通量

电动势

电压

电流

注：对中性面的理解

交流电瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的时刻和正方向的规定共同决定的。若从中性面开始计时，虽然该时刻穿过线圈的磁通量最大，但线圈两边的运动方向恰与磁场方向平行，不切割磁感线，电动势为零，故其表达式为

；但若从线圈平面和磁场平行时开始计时，

虽然该时刻穿过线圈的磁通量为零，但由于此时线圈两边的速度方向和磁场方向垂直，电动势最

大，故其表达式为。

二、对交变电流图像的理解

交变电流的图像包括φ-t 、e-t 、i-t 、u-t 等，具体图像见上页，现只研究e-t 图像

从图像上可得到信息：

1、 线圈平面与中性面平行时为计时平面

2、 电流最大值

3、 周期T 和频率f

4、 不同时刻交流电的瞬时值

5、 线圈处于中性面和电流最大值对应的时

刻

6、 任意时刻线圈的位置和磁场的夹角

周期和频率的计算公式： 周期

完成一次周期性变化所用的时间

物理意义：表示交变电流变化快慢的物理量

频率 1s 内完成周期性变化的次数

我国民用交变电流：T=0. 02 s ，f=50 Hz ，

三、表征交变电流的物理量

1、瞬时值、峰值（最大值）、有效值、平均值的比较 物理量

物理含义

重要关系

适用情况及说明

瞬时值 交变电流某一时刻的值

计算线圈某时刻的受力情况或力矩的瞬时值

最大值 最大的瞬时值

讨论电容器的击穿电压（耐压值）

有效值

跟交变电流的热效应等效的恒定电流值

对正（余）弦交流电有：

（1）计算与电流的热效应有关的

量（如功、功率、热量）等

（2）电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值

（3）保险丝的熔断电流为有效值 平均值 交变电流图像中图线与

计算通过电路截面的电荷量

t

n

E ∆∆Φ=__

时间轴所夹的面积与时

间的比值

交流电的平均值是指一段时间内交流电瞬时值的平均值。平均值是由公式

确定。它表现为交流图象中波形与横轴（t轴）所围的“面积”对时间的比值，其值大小与所取时间间隔有关。如正弦式交流电，其正半周期或负半

周期的平均电动势大小为，而一个周期内的平均电动势却为零．而技术上应用的交流电的平均值是指一个周期交流电的绝对值的平均值，也等于交流电

在正半个周期或周期内的平均值。同一交流电的平均值和有效值并不相同。

不同时间内平均值一般不同，平均值大小还和电流的方向有关，若一段时间内电流的方向发生改变，则流过导线横截面上的电荷量为两个方向上的电荷量之差；平均值是和电荷量相关联的，所以凡涉及计算一段时间内通过导线横截面上电荷量的问题，应利用平均值处理。

四、电感和电容对交变电流的作用

1．电感对交变电流的阻碍作用

电感对交变电流有阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗表示，

。

电感对交变电流有阻碍作用的原因是：当线圈中电流发生变化时，在线圈本身中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化。

扼流圈有两种，一种叫低频扼流圈，线圈的自感系数L很大，作用是阻交流，通直流；另一种叫高频扼流圈，线圈的自感系数L很小，作用是阻高频，通低频。

2．电容对交变电流的作用

（1）交变电流能够通过电容器，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的电介质。

（2）电容器对交变电流的阻碍作用：电容器对交变电流有阻碍作用，电容器对交变电流

阻碍作用的大小，用容抗表示，。

电容器的作用“通高频、阻低频”或“通交流，隔直流”。

电感电容

对电流的作用只对交变电流有阻碍作用直流电不能通过电容器，交流电能通过但有阻碍作用

影响因素自感系数越大，交流电频率越大，阻电容越大，交流电频率越大，阻碍作用

21

21n n U U =1

221n n I I =2211t t ∆∆Φ=∆∆Φ碍作用越大，即感抗越大

越小，即容抗越小 应用

低频扼流圈：通直流、阻交流 高频扼流圈：通低频、阻高频

隔直电容：通交流、隔直流 旁路电容：通高频、阻低频

三、变压器：

1、原理：原、副线圈中的互感现象，原、副线圈中的磁通量的变化率相等。

P 1=P 2 2、变压器只变换交流，不变换直流，更不变频。原、副线圈中交流电的频率一样：f 1=f 2高压线圈匝数多、电流小，导线较细；低压线圈匝数少、电流大，导线较粗。 3、如右图：U 1：U 2：U 3=n 1：n 2：n 3 n 1 I 1=n 2 I 2+ n 3 I 3 P 1=P 2+P 3 四、电能输送的中途损失：

（1）功率关系：P 1=P 2，P 3=P 4，P 2=P 损+P 3

（2）输电导线损失的电压：U 损=U 2-U 3=I 线R 线

（3）输电导线损耗的电功率：P 损=P 3-P 2=I 线U 损=I 线2R 线=( )2R 线

由以上公式可知，当输送的电能一定时，输电电压增大到原来的n 倍， 输电导线上损

耗的功率就减少到原来的。

ΔU=Ir 线= r 线 =U 电源—U 用户 ΔU ∝

ΔP=I 2 r 线= r 线 =P 电源—P 用户 ΔP ∝ 注：理想变压器的动态分析问题，大致有两种情况：

一类是负载电阻不变，原副线圈的电压，电流，输入和输出功率随

匝数比变化而变化的情况。

另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况。 不论哪种情况都要注意：

（1）根据题意弄清变量与不变量。

（2）要弄清“谁决定于谁”的制约关系，即理想变压器各物理量变化的决定因素。 动态分析问题的思路程序可表示为：

P U

1U 2)(U

P 21U 2

2

U P U 1