第三章 交變電流知識(shí)梳理 第1節(jié) 交變電流 一、交變電流 1．恒定電流 大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。 2．直流 方向不隨時(shí)間變化的電流。 3．交變電流 大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，簡(jiǎn)稱交流。 4．交變電流的圖像 (1)波形圖：電壓或電流隨時(shí)間變化的圖像。 (2)觀察方法：用示波器或電壓傳感器觀察。 5．日常使用的各種充電器能把交變電流變成低壓直流。 二、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 1．交變電流的產(chǎn)生 (1)產(chǎn)生條件：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)過(guò)程分析(如圖所示) (3)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的曲線 2．正弦式交變電流 ①表達(dá)式：e＝Emsin_ωt u＝Umsin_ωt i＝Imsin_ωt 其中Em、Um、Im分別為電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的峰值。 ②圖像(如圖所示) 三、交流發(fā)電機(jī) 1．基本組成：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈(電樞)和產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體。 2．分類 (1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，磁極不動(dòng)，輸出電壓一般不超過(guò)500 V。 (2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：磁極轉(zhuǎn)動(dòng)，電樞不動(dòng)，能夠產(chǎn)生幾千伏到幾萬(wàn)伏的電壓，輸出功率可達(dá)幾百兆瓦。 3．工作過(guò)程：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)等帶動(dòng)，蒸汽輪機(jī)、水輪機(jī)將機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸送給外電路。 交變電流的描述 一、周期和頻率 1．周期 交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，叫作交變電流的周期，通常用T表示，單位是秒。 2．頻率 交變電流完成周期性變化的次數(shù)與所用時(shí)間之比，叫作交變電流的頻率，通常用f表示，單位是赫茲。 3．角速度ω (1)定義：產(chǎn)生交變電流的線圈單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。 (2)單位：弧度每秒(rad/s)。 (3)意義：角速度越大，則交變電流變化越快。 4．周期(T)、頻率(f)及角速度(ω)之間的關(guān)系 (1)周期和頻率之間的關(guān)系為T＝eq \a\vs4\al(\f(1,f))或f＝eq \a\vs4\al(\f(1,T))。 (2)角速度與周期、頻率之間的關(guān)系為ω＝eq \f(2π,T)＝2πf。 5．轉(zhuǎn)速n (1)定義：產(chǎn)生交變電流的線圈單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)。 (2)單位：轉(zhuǎn)每秒(r/s)。 (3)意義：轉(zhuǎn)速越大，交變電流變化越快。 6．我國(guó)民用交變電流的周期和頻率 (1)周期：T＝0.02 s。 (2)頻率：f＝50 Hz。 二、峰值和有效值 1．峰值 (1)定義：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大數(shù)值。 (2)應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值。 2．有效值 (1)定義：讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)大小相同的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則把這個(gè)恒定電流的電流I、電壓U叫作這一交變電流的有效值。 (2)應(yīng)用 ①交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流都是有效值。 ②交流電壓表測(cè)量的數(shù)值為有效值。 ③無(wú)特別說(shuō)明時(shí)，提到的交變電流的數(shù)值為有效值。 3．正弦式交變電流的有效值與峰值的關(guān)系 (1)電動(dòng)勢(shì)的有效值：E＝eq \f(Em,\r(2))＝0.707Em。 (2)電流的有效值：I＝eq \f(Im,\r(2))＝0.707Im。 (3)電壓的有效值：U＝eq \f(Um,\r(2))＝0.707Um。 三、正弦式交變電流的公式和圖像 變壓器 一、變壓器的原理 1．變壓器的構(gòu)造 變壓器由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成，如圖所示。 (1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級(jí)線圈。 (2)副線圈：與負(fù)載連接的線圈，也叫次級(jí)線圈。 2．變壓器的工作原理 變壓器工作的基礎(chǔ)是互感現(xiàn)象。電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng)，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化。變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 3．作用 改變交變電流的電壓。 4．理想變壓器 沒(méi)有能量損失的變壓器叫作理想變壓器。理想變壓器是一個(gè)理想化模型。 二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系 1．電壓與匝數(shù)的關(guān)系 理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)。 2．兩類變壓器 副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫降壓變壓器；副線圈的電壓比原線圈電壓高的變壓器叫升壓變壓器。 3．變壓器的效率 變壓器的輸出功率與輸入功率之比，叫作變壓器的效率。 第4節(jié) 電能輸送 一、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑 1．輸送電能的基本要求 (1)可靠：保證供電線路可靠地工作，故障少。 (2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定。 (3)經(jīng)濟(jì)：輸電線路建造和運(yùn)行的費(fèi)用低，電能損耗少。 2．輸電線上的功率損失：P＝I2r，I為輸電電流，r為輸電線的電阻。 3．降低輸電損耗的兩個(gè)途徑 (1)減小輸電線的電阻：在輸電距離一定的情況下，為了減小輸電線的電阻，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小的金屬材料，還要盡可能增加線的橫截面積。 (2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：為減小輸電電流，同時(shí)又要保證向用戶提供一定的電功率，就要提高輸電電壓。前一種方法的作用十分有限，一般采用后一種方法。 4．高壓輸電 (1)現(xiàn)代遠(yuǎn)距離輸電都采用高壓輸電。目前我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有110 kV、220 kV、330 kV，輸電干線已采用500 kV和750 kV的超高壓，西北電網(wǎng)甚至達(dá)到1 100 kV的超高壓。 (2)輸電電壓并不是越高越好。電壓越高，對(duì)輸電線路絕緣性能和變壓器的要求就越高，線路修建費(fèi)用會(huì)增多。 (3)實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等要求，選擇合適的輸電電壓。 二、電網(wǎng)供電 1．遠(yuǎn)距離輸電基本原理 在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升壓，然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過(guò)降壓變壓器降到所需的電壓。 2．電網(wǎng) 通過(guò)網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來(lái)，形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)。 3．電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(diǎn) (1)降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。 (2)減少斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)劑不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量。 (3)合理地調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。 物理量函數(shù)表達(dá)式圖像峰值和有效值的關(guān)系電動(dòng)勢(shì)e＝Emsin ωt ＝Emsin eq \f(2π,T)tEm＝eq \r(2)E電壓u＝Umsin ωt ＝Umsin eq \f(2π,T)tUm＝eq \r(2)U電流i＝Imsin ωt ＝Imsin eq \f(2π,T)tIm＝eq \r(2)I

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