第五章交流电路 第五章交流电路 Chapter5 Alternating Circuit(AC) §5.1导Introduction言 5.1.1复习:交流电的产生、交流发电机原理 Generation of AC& the principle of generator 一、[交流电与简谐交流电的概念] Concept of AC and harmonic AC 交流发电机产生的感应电动势(inductive efm)和感应电流( inductive current)是随时间作周期性变化的,称为交流 电;并且符合余弦函数的振动规律,属于简谐振动( harmonic vibration),因而又称为简谐交流电。 交流发电机原理:(a)单线圈发电机,(b)线圈在某时刻的位置。 1交流发电机原理
第五章 交流电路 1 第五章 交流电路 Chapter 5 Alternating Circuit (AC) §5.1 导言 Introduction §5.1.1 复习 交流电的产生 交流发电机原理 Generation of AC & the principle of generator 一 [交流电与简谐交流电的概念] Concept of AC and harmonic AC 交流发电机产生的感应电动势 inductive efm 和感应电流 inductive current 是随时间作周期性变化的 称为交流 电 并且符合余弦函数的振动规律 属于简谐振动 harmonic vibration 因而又称为简谐交流电 交流发电机原理 a 单线圈发电机 (b)线圈在某时刻的位置 图 1 交流发电机原理
本章撰稿人:许小亮 二、[交流发电机原理] The principle of Ac generator 交流发电机是根据电磁感应原理制成的,它是动生电动势的典型例子(图中ABCD是一个单线圈(coi),可以绕固定 的转轴在NS磁极所激发的均匀磁场中转动。为避免线圈的两根引线在转动过程中扭绞( twist)起来,线圈两端分别接在 两个与线圈一起转动的铜环上,铜环通过两个带有弹性的金属触头与外电路接通。)当线圈在原动机(如水轮机)带动下 在均匀磁场中匀速转动时,AB和CD边切割磁力线,在线圈中产生感应电动势 5n="×B·d=Bsn(x/2+1=o9 5c0=×B·团=Bsn(x12-0)=Bose 所以Em=5+5cm=2 vIscose其中1是AB或CD边的长度 因为=on,v=3 其中s是BC或DA边的长度 所以5=2= obi cos ot= BSo cos ot其中S=s为线圈面积 这一结果也可从穿过线圈的磁通量的变化来考虑。当线圈处于图1(b)位置时,磁通量为 +丌 根据 Farady-lenz定律 dt 关于动生电动势的本质和详细讨论,见上一章。 §512本章需要学习和掌握的问题 The key points in this chapter 交流电,尤其是简谐交流电的概念与特性 concepts and characters of AC and harmonic AC
2 电磁学网上课件 本章撰稿人 许小亮 二 [交流发电机原理]The principle of AC generator 交流发电机是根据电磁感应原理制成的 它是动生电动势的典型例子 图中 ABCD 是一个单线圈(coil) 可以绕固定 的转轴在 N.S 磁极所激发的均匀磁场中转动 为避免线圈的两根引线在转动过程中扭绞 twist 起来 线圈两端分别接在 两个与线圈一起转动的铜环上 铜环通过两个带有弹性的金属触头与外电路接通 当线圈在原动机 如水轮机 带动下 在均匀磁场中匀速转动时 AB 和 CD 边切割磁力线 在线圈中产生感应电动势 r ∫ ∫ = × • = + = BA BA AB ξ v B dl vBsin(π / 2 θ )dl vBl cosθ r r ∫ ∫ = × • = − = DC DC CD ξ v B dl vBsin(π / 2 θ )dl vBl cosθ r r r 所以 ξ totle = ξ AB +ξ CD = 2vBcosθ 其中 l 是 AB 或 CD 边的长度 因为 θ ω ω 2 , s = t v = 其中 s 是 BC 或 DA 边的长度 所以 Bl t BS t s ξ ω cosω ω cosω 2 = 2 = 其中 S = sl 为线圈面积 这一结果也可从穿过线圈的磁通量的变化来考虑 当线圈处于图 1 b 位置时 磁通量为 Φ = BS cos(θ + π / 2) = −BS sinθ = −BS sinωt 根据 Farady-lenz 定律 dΦ BS t dt ξ = − = ω cosω 关于动生电动势的本质和详细讨论 见上一章 §5.1.2 本章需要学习和掌握的问题 The key points in this chapter 一 交流电 尤其是简谐交流电的概念与特性 concepts and characters of AC and harmonic AC
交流电路与已学过的直流电路有什么异同点?交流电路的复数解法 Complex solution ofAC 针对交流电路的特点,用复数定义不同元件的阻抗( resistor)以及电源电动势( emf of electrical source)、电压 ( voltage)和申流( current),就可将交流电路的问题转化为直流电路(DC)的方式加以解决一这就是交流电路的 复数解法( complex solution),是本章的重点 三、串联谐振与并联谐振 Resonance vibration of series circuit and parallel circuit 电阻、电感( (inductor)和电容( capacitor)元件通过一定的形式串联或并联,当元件参数( elements parameters)满足某 种条件时,就可以实现电路的简谐共振( harmonic resonance),简称“谐振”。当共振产生时,电路的阻抗、电流或 电压将取极值( minimax solution 四、交流电的功率 power of Ac 交流电的功率的概念比直流功率的概念丰富得多。这是因为 (1)交流电是随时间作用作周期性变化的,因此就有瞬时功率和平均功率( instantaneous power and average power) 的概念; (2)由于电感和电容是储能元件( energy storage elements),由于它们之间存在的位相差( phasic difference)以及 它们与电阻之间的位相差,因而有了无功功率( image power)与有功功率( real power)的的分别;视在功率( apparent oupu)是无功功率与有功功率迭加总和;而电路的品质因素( qual ity factor)则是衡量电路的有功功率在视在功率中 所占的比重的一个重要参数 (3)采用一定的方法,可以提高电路的品质因素,从而提高有功功率的比重。 五、变压器原理 princip| e of transformer (1)变压器( transformer)的一个重要作用是将高压输送电转变为安全而便于使用的市电。长距离输送电需要采用 高压以降低输送电流,从而达到减少焦耳热损耗的目的。在总功率固定的情况下,由P=IU知,U越大,Ⅰ就 越小,这样由于电流发热导致的欧姆损耗( Ohmic loss就会降低至很小。我国一般采用33万伏,22万伏和 万伏高压长距离输电 (2)变压器的线圈电路和变压比( transformer ratio)的概念:变压器是由铁磁芯( ferromagnetic core)和初级线圈
第五章 交流电路 3 二 交流电路与已学过的直流电路有什么异同点 交流电路的复数解法 Complex solution of AC 针对交流电路的特点 用复数定义不同元件的阻抗 resistor 以及电源电动势 emf of electrical source 电压 voltage 和电流 current 就可将交流电路的问题转化为直流电路(DC)的方式加以解决 这就是交流电路的 复数解法 complex solution 是本章的重点 三 串联谐振与并联谐振 Resonance vibration of series circuit and parallel circuit 电阻 电感(inductor)和电容(capacitor)元件通过一定的形式串联或并联 当元件参数 elements parameters)满足某 种条件时 就可以实现电路的简谐共振(harmonic resonance) 简称 谐振 当共振产生时 电路的阻抗 电流或 电压将取极值(minimax solution) 四 交流电的功率 power of AC 交流电的功率的概念比直流功率的概念丰富得多 这是因为 1 交流电是随时间作用作周期性变化的 因此就有瞬时功率和平均功率 (instantaneous power and average power) 的概念 2 由于电感和电容是储能元件 energy storage elements 由于它们之间存在的位相差 phasic difference 以及 它们与电阻之间的位相差 因而有了无功功率(image power)与有功功率(real power)的的分别 视在功率(apparent output)是无功功率与有功功率迭加总和 而电路的品质因素 (quality factor)则是衡量电路的有功功率在视在功率中 所占的比重的一个重要参数 3 采用一定的方法 可以提高电路的品质因素 从而提高有功功率的比重 五 变压器原理 principle of transformer 1 变压器 (transformer)的一个重要作用是将高压输送电转变为安全而便于使用的市电 长距离输送电需要采用 高压以降低输送电流 从而达到减少焦耳热损耗的目的 在总功率固定的情况下 由 P=IU 知 U 越大 I 就 越小 这样由于电流发热导致的欧姆损耗 (Ohmic loss)就会降低至很小 我国一般采用 33 万伏, 22 万伏和 11 万伏高压长距离输电 2 变压器的线圈电路和变压比(transformer ratio)的概念 变压器是由铁磁芯 (ferromagnetic core)和初级线圈
电磁学网上课件 本章撰稿人:许小亮 ( primary coil)与次级线圈( secondary coil)构成。变压比为U/U2=N/N2 图2一个带有变压器的输电线路图 §52交流电概述( outline of alternating electricity) §521交流电的形式( (style 简谐交流电:以正弦或余弦规律变化的有一定频率( frequency)和峰值( peak value)的简谐波 harmonic wave),我国工业和民用交流电的频率为50Hz。美国为60Hz
4 电磁学网上课件 本章撰稿人 许小亮 (primary coil)与次级线圈(secondary coil)构成 变压比为 U1/U2 = N1/N2 图 2 一个带有变压器的输电线路图 §5.2 交流电概述 outline of alternating electricity §5.2.1 交流电的形式 (style) 一 简谐交流电 以正弦或余弦规律变化的有一定频率(frequency)和峰值(peak value)的简谐波(harmonic wave) 我国工业和民用交流电的频率为 50Hz 美国为 60Hz
五章交流电路 、其它形式的交流电 这些形式的交流电波形的共同特征是 (1)具有固定的频率(或作周期性的变化),(2)且都可以通过富里叶( Fourier)变换分解为多种不同 频率的简谐成分的迭加 (2)这些简谐成分在线性电路中彼此独立。 a.简谐波 b.锯齿波 c.矩形波 e.调幅波 f调频波 图3.各种波形的交流电 §52,2描述简谐交流电的特征量 characteristic variables of Ac 函数表示式 电动势(emf)5(1)=5ocos(o+g)
第五章 交流电路 5 二 其它形式的交流电 这些形式的交流电波形的共同特征是 1 具有固定的频率 或作周期性的变化 2 且都可以通过富里叶 Fourier 变换分解为多种不同 频率的简谐成分的迭加 2 这些简谐成分在线性电路中彼此独立 a. 简谐波 b. 锯齿波 c. 矩形波 d. 尖脉冲 e. 调幅波 f. 调频波 图 3. 各种波形的交流电 §5.2.2 描述简谐交流电的特征量 characteristic variables of AC 函数表示式 电动势(emf) ( ) cos( ) 0 e ξ t = ξ ωt +ϕ