单相正弦交流电

• 本章主要介绍交流电的概念、正弦交流电的产生、正弦交流电的表 示方法、交流电路的计算方法、谐振电路及其应用等。
返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 一、交流电的概念
• 交流电在现代工农业生产和日常生活中有着极为广泛的应用。这是 因为交流电可通过变压器进行变压，便于远距离高压送电，从而降低 送电成本。使用时再用变压器变为需要的电压使用。另外，交流电动 机比直流电动机结构简单、成本低、工作可靠。因此交流电比直流电 应用广泛。即使在需要使用直流电的场合，我们也可以通过整流装置 把交流电变为直流电使用。
下一页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 在直流电路中电压或电流的大小和方向不随时间的变化而变化。如图 5-1所示的直流电路中，直流电流I总是从直流电源的正极流出，沿着 导线经负载流回到电源的负极，方向和大小都不发生变化。
• 在交流电路中，电压或电流的大小和方向随时间的变化而变化。如 图5-2所示的电路中，当交流电源A端为正极、B端为负极时，电流i 从A端流出，沿着导线经负载流回到B端，如实线所示。当交流电源 A端为负极、B端为正极时，电流i从B端流出，沿着导线经负载流回 到A端，如虚线所示。
上一页 下一页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 发电机采用磁极旋转时，电枢绕组的绝缘问题、机械强度问题以及大 电压和大电流引到外部电路等问题都比较容易处理。
• 所以，现代的大型发电机几乎都是旋转磁极式的。目前，由旋转电 机产生的频率可达15000赫兹的正弦电动势是由振荡器产生的。
上一页
返回
第二节 正弦交流电的基本物理量
上一页 下一页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 对应的波形如图5-3 ( d )所示。可以看到，这样的发电机产生的是正 弦电动势。可见，交流发电机产生的电动势是按正弦规律变化的，它 可以向外电路输送正弦交流电。应当指出，实际的发电机构造比较复 杂，线圈匝数很多，磁极一般也不止一对，是由电磁铁构成的。一般 多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动，如图5-3所示。
下一页 返回
第二节 正弦交流电的基本物理量
• 2.频率 • 交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫做交流电的频率，用符号f
表示，其单位是赫兹(简称赫)，常用Hz来表示。常用的单位还有千赫 (KHz)和兆赫(MHz )，其换算关系如下:
上一页 下一页 返回
第二节 正弦交流电的基本物理量
• 目前，在我国的电力系统中，交流电的频率为50Hz，周期为0. 02s， 习惯上称为工频;而美国、日本等国家采用60Hz的频率。在某些设备 中，可能需要较高频率的交流电，例如无线电工程上使用的频率为 105~3 x 1010Hz。
• 频率和周期都是反映交流电变化快慢的物理量，周期越短(频率越高)， 交流电变化就越快。
上一页 下一页 返回
第二节 正弦交流电的基本物理量
• 3.角频率 • 交流电变化的快慢，除了用周期和频率表示外，还可以用角频率表
示。交流电在一秒内所变化的角度(电角度)，叫做交流电的角频率， 用符号。表示，单位是rad/s。如果交流电1秒内变化了1次，则电角 度正好变化了2π弧度，也就是说该交流电的角频率ω=27πrad/s。若 交流电1秒内变化了f次，则可得周期、频率和角频率的关系为:
上一页 下一页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 在图5-3 (b)中，B.是磁极中央的磁感应强度，是各点磁感应强度中 的最大值;a是空气隙中的一点与转轴0组成的平面与图示中性面间的 夹角。B随a而变的情况画在图5-3 (c)中。在铁心旋转时，绕组的导 体A和X切割磁力线，产生大小相等、在绕组回路中方向一致的感应 电动势。
• 一、周期、频率与角频率
• 1.周期 • 从图5-3 (d)可以看出，e是一个按正弦规律变化的交流电动势。线
圈匀速转动一周，电动势按正弦规律变化一周。我们把交流电完成一 次周期性变化所需的时间称为交流电的周期，用符号T表示，单位是 秒，常用s来表示。在图5-4中，在横坐标轴上由。到a或由b到c的这 段时间就是一个周期。周期较小的单位还有毫秒ms、微秒μs。
上一页 下wenku.baidu.com页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 在直流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都是不随时间变 化的。而在交流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都是随时 间变化的。我们把大小和方向随时间作周期性变化的电动势、电压、 电流统称为周期性交流电，简称交流电。其中按正弦规律变化的交流 电称为正弦交流电;不按正弦规律变化的交流电称为非正弦交流电。 如果不作特殊说明，本章所说的交流电都是指正弦交流电。
第五章 单相正弦交流电
• 本章导读 • 第一节 单相正弦交流电的产生 • 第二节 正弦交流电的基本物理量 • 第三节 纯正弦交流电路 • 第四节 串联正弦交流电路 • 第五节 谐振电路 • 第六节 电阻、电感串联再与电容并联的电路 • 第七节 提高功率因数的方法和意义
下一页 返回
本章导读
• 在日常生活中所用的就是单相正弦交流电，简称交流电。交流电即 交变电流，是大小和方向都随时间做周期性变化的电流。电网公司一 般使用交流电方式送电，但有高压直流电用于远距离大功率输电、海 底电缆输电、非同步的交流系统之间的联络等。家庭用的电，是由发 电机所发出来的电，为交流电;而干电池则是利用化学变化制造出来 的电，为直流电。交流电与直流电的电功能是相同的，但是流动方向 却不同。直流电的电流是以同样的强度朝同样的方向流动;而交流电， 则其电流强度与方向具有周期性和规律的变化。这个变化称为频率 (赫=Hz )，现在世界各地大多数是使用50赫的交流电。
• 二、正弦交流电的产生
• 首先简单介绍交流发电机产生正弦电动势的原理。
上一页 下一页 返回
第一节 单相正弦交流电的产生
• 在图5-3 (a)中，发电机的磁场是用直流电磁铁产生的，电磁铁的线 圈中通人直流电流，就成为了磁极。磁极之间有一个装在转轴上的圆 柱形铁心，它可以在磁极之间转动。绕组绕在铁心的表面上，图中只 画了其中的一匝A-X。磁极与铁心之间的空气隙中的磁感应强度的方 向总是处处与铁心表面垂直的;磁铁的形状制造得使空气隙中磁感应 强度的大小按正弦函数规律分布，即