项目五单相交流电.doc

项目五：单相交流电 一、项目描述 1、了解正弦交流电的产生原理 2、了解正弦交流电的周期、频率、角频率、最大值、有效值、初相位、相位差等特征量。掌握正弦交流电的三要素。 3、理解正弦交流电的解析式、波形图、相量图三种表示方法。 4、掌握交流电路中电阻、电感、电容等元件的电压与电流之间的数量关系和相位关系，以及感抗、容抗的计算。 5、掌握RL串联电路端电压与电流之间的关系，以及电压三角形、阻抗三角形和功率三角形等概念。 6、掌握正弦交流电路的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的计算。 7、了解提高功率因数的意义和方法。 8、掌握RLC串联电路的分析方法，理解串联谐振的条件、谐振频率和特征 二、知识链接 1交流电的产生和波形 交流电的产生 如图5-1 如图5-1使矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动，可以观察到，电流表的指针随着线圈的转动而摆动，线圈转动一周，指针左右摆动一次；线圈再转动一周，指针再左右摆动一次。说明转动的线圈里产生了感应电流，这就是交流电的产生，并且产生的感应电流的大小和方向都在随时间做周期性的变化。 交流电的大小 如图5-1中，若矩形线圈abcd顺时针转动，角速度是，单位是rad/s（弧度/秒） 经过时间t后，线圈转过的角度是。则ab边产生的感应电动势 ,cd边中感应电动势的大小与ab边的相等，并且ab边和cd边是串联在一起的，所以整个线圈中的感应电动势e的大小为， （1）感应电动势的瞬时值和最大值 当，，即线圈由初始的竖直面转到水平面，转过了900时，ab和cd都垂直切割磁感线，这时的感应电动势最大，用Em来表示，则； 。 （2）感应电流的瞬时值和最大值 用R表示整个闭合电路的电阻，用表示电路中的感应电流，这 是电流的最大值，用来表示，则电流的瞬时值为： ； （3）电压的瞬时值和最大值 电压的瞬时值为：；最大值是，是外电路的电阻。 3.初始夹角为的感应电动势，电流，电压的表达式 如果线圈在磁场中初始转动时，有一个夹角，则感应电动势，电流，电压为： 4. 正弦交流电和非正弦交流电 正弦交流电：大小和方向都随时间按正弦规律作周期性变化的交流电。如下图波形 非正弦交流电：大小和方向随时间不按正弦规律变化的，如矩形波、三角波等。 5.正弦交流电的瞬时值与波形图 （1）．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，叫做交流电的瞬时值。交流电的瞬时值通常用小写字母表示，如u、i、e、分别表示电压、电流、电动势的瞬时值。 （2）．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e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e随时间t变化的曲化，即波形图。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。了解周期性变化的原因。 交流电的物理量 周期和频率 周期：交流电完成一次周期性变化所需的时间。用T表示，单位：s。 频率：交流电在1s内完成周期性变化的次数。用f表示，单位：Hz。 周期和频率的关系 我们的工业和生活用的交流电，周期是0.02s，频率是50 Hz。 角频率 角频率：交流电每秒钟所变化的角度。 ω??????2 ( f ω的单位是：rad/s 4. 最大值和有效值 最大值：交流电在一个周期内所能达到的最大数值。用Im、Um、Em表示。 有效值：交流电的有效值是根据电流的