正弦交流电的产生

高考总复习：正弦交流电的产生和描述【考纲要求】1、知道交变电流的产生及正弦交变电流各物理量的变化规律、变化图像；2、理解交变电流有效值的定义，会计算简单的非正弦交流电的有效值；3、了解电容、电感对交变电流的影响。

4、会计算交流电路中的电压、电流、功率、热量、电量等。

【知识网络】【考点梳理】考点一、交流电的产生及变化规律1、交变电流：大小和方向随时间变化的电流叫交变电流，常见的交流电如下本章所涉及的将是最简单的交变电流，即正弦交流电—随时间按正弦规律变化的电流。

2、特点易于产生、输送、变压、整流，在生活中有广泛的应用，交流电路理论是电工和电子技术的理论基础。

∴交流电在电力工程、无线电技术和电磁测量中有极广泛的应用，在工程技术中所使用的交流电也是各式各样的。

它具有三大优点：变换容易、输送经济、控制方便，所以已经作为现代国民经济的主要动力。

在稳恒电流中，I —电流、U （E ）—电压（电动势），都是恒定值。

但在本章，i —电流、e —电动势、u —电压，都是瞬时值，因为它随时间而变，所以实际上是i （t ）、e （t ）、u （t ）。

3、交变电流的产生机理 要点诠释：法拉第发现电磁感应定律的最重要的应用就是制成发电机。

（1）发电机的组成磁极、线圈（电枢）旋转电枢：通过滑环、电刷通入外电路，一般产生的电压小于500V 旋转磁极：比较常用，几千~几万V原理：利用线圈在磁场中绕某一固定轴转动，切割磁感线产生感应电动势，继而在闭合回路产生电流能量转化：机械能→电能 （2）交流电的产生矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，角速度ω一定。

其中ab 、cd 边切割磁感线，且ab 、cd 始终与速度v 垂直，从切割效果看总是两个电源串联，其俯视图为：第一象限：方向—abcda (磁通量Φ减少)大小：2sin 2sin sin cd cd od e NBl v NBl l t NBS t θωωωω==⋅=第二象限：方向—abcda (磁通量Φ增加)大小：2sin 2sin()sin()cd cd od e NBl v NBl l t NBS t θωπωωπω==⋅-=-sin e NBS t ωω=依次类推：可得其它象限的情况。

正弦交流电产生原理
正弦交流电产生原理
一、正弦交流电的概念
正弦交流电是一种按照正弦波变化的电流或电压，也可以说是电流或电压在一个定周期内按照正弦曲线变化的电流或电压。

二、正弦交流电产生原理
1、由发电机产生——利用发电机原理，POS机上的当前由旋转的磁转子，围绕着定子的重新的电磁场产生的线圈电流的有效动力，经过连接的外部电路，形成许多正弦波的电流，调节磁转子的转速和外部负荷，可以控制正弦交流电的频率。

2、由变压器产生——将一定频率、扭矩、输出功率的正弦交流电，通过变压器流进线圈，产生相应的励磁电压，在线圈中产生磁通，线圈支持磁通逆时针旋转，从而产生正弦交流电。

三、正弦交流电的用途
1、可以驱动电机运转，使用较多的马达就是使用正弦交流电驱动的。

2、可以控制加热设备的工作，例如电锅、电烤箱、电热水壶等等。

3、可以用来向计算机，电子器件供电。

4、可以用于供电的镇电设备，例如变压器、控制台、发电机、晶闸管
等等。

5、可以用作正API、正SIN和正IMU测量架的信号电源。

二单元正弦交流电路引言正弦交流电的产生：正弦交流电路:含有正弦电源而且电路各部分所产生的电压和电流均按正弦规律变化的电路。

因为交流电可以利用变压器方便地改变电压、便于输送、分配和使用。

所以，在生产和生活中普遍应用正弦交流电。

着重讨论和分析交流电路的基本概念、基本规律和基本分析方法。

随时间按正弦规律变化的交流电压、电流、电动势称为正弦电压、电流、电动势。

正弦量：正弦电压、电流、电动势统称为正弦量。

Riab)sin(m i t I i ψω+=规定电流参考方向如图：iωtiψ正半周：电流实际方向与参考方向相同负半周：电流实际方向与参考方向相反+-最大值角频率初相角正弦量的三要素课题1正弦交流电的基本概念一、正弦量的三要素表达式：波形：用带有下标m 的大写字母表示:I m 、U m 、E m有效值：一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直流电流的做功能力，这个直流电流的数值就叫该交流电流的有效值。

用大写字母表示：I 、U 、 E1. 最大值描述正弦量变化范围的参数。

tiＴ最大值I m⎰=Tdti TI 021正弦量最大值与有效值的关系EE m 2=II m 2=UU m 2=2. 角频率ω描述正弦量变化快慢的参数。

单位：rad/s周期(T ): 变化一个循环所需要的时间，单位(s)。

频率( f ): 单位时间内的周期数单位(Hz)。

三者间的关系示为：=2π/T =2πfωTωt 2ππtiＴT/2我国和大多数国家采用50Hz 作为电力工业标准频率(简称工频)，少数国家采用60Hz 。

iωt)sin(i m t I i ψω+=iψt =0 时的相位角称为初相角或初相位。

i ψ同频率正弦量的相位角之差，用ϕ表示。

二、相位差：180±取值范围：相位差可反映同频率正弦量超前滞后关系。

180±相位差的取值范围：3. 初相iψ影响初相得因素：项前负号（±180°）Cos （90 °）)sin(1m ψtωU u +=如：)()(21ψωψωϕ+-+=t t 21ψψ-=若21>-=ψψϕ电压超前电流ϕ或电流滞后电压ϕuiu iϕωtO)2ψ+=t ωI i sin(m电流超前电压︒-=-=9021ψψϕ︒90电压与电流同相021=-=ψψϕ电流超前电压ϕ021<-=ψψϕ电压与电流反相︒=-=18021ψψϕu iωt ui ϕOu iωtui 90°O u i ωtui Oωtui u i O一、复数1. 复数的表示形式A = a + j b1）代数形式：为虚数单位1j -=ϕcos A a =ϕsin A b =22ba A +=ab=ϕtan aAb+1+jϕA实部虚部ϕA A =2）极坐标形式：模幅角2. 两种形式的互换代数极坐标代数极坐标课题2正弦量的相量表示法3. 复数运算（熟记公式）111j b a A +=222j b a A +=1）加减运算（用代数形式）：则()()212121j b b a a A A ±+±=±设则222ϕA A =111ϕA A =212121ϕϕ+=⋅A A A A 212121ϕϕ-=A A A A 设2）乘除运算（用极坐标形式）：1A 2A 3A 321A A A ++思考如何用作图的方法得到复数的差？3）复数的相等111j b a A +=222j b a A +=21a a =如果21b b =则21A A =222ϕA A =111ϕA A =如果21A A =21ϕϕ=则21A A =4. 旋转因子（模为1，辐角为的复数）ϕ一个复数乘以ϕj e等于把其逆时针旋转角。

正弦交流电的产生和特点正弦交流电的产生基于电磁感应定律，即当一个闭合线圈的导体在磁场中旋转时，将产生感应电动势。

在发电机中，一个磁体（或磁铁）和一个旋转的线圈组成了一个转子，转子通过机械转动将磁场线与线圈交织在一起，从而产生了感应电动势。

通过与电源相连的导线将这个感应电动势引入外部电路，就得到了正弦交流电。

1.周期性变化：正弦交流电的变化是周期性的，电流或电压信号的大小和方向随时间呈正弦形状变化。

这种周期性变化使得正弦交流电适用于一系列周期性的应用，如音频和视频信号等。

2.频率和周期：正弦交流电的频率指的是正弦波的周期数量，单位为赫兹（Hz）。

在国际单位制（SI）中，1赫兹代表每秒1个周期。

电力系统中使用的标准频率是50Hz或60Hz。

3.幅值：正弦交流电的幅值是其峰值值。

对于电压，我们通常使用峰值值或峰-峰值来描述幅值。

峰值指的是正弦波的最大值，峰-峰值是波形的峰值和谷值之间的差值。

4.相位：正弦交流电的相位指的是信号相对于一个参考点的位置。

相位可以用角度或时间来表示。

相位角以度或弧度来度量，相位时间以秒或周期来度量。

5.频谱特征：正弦交流电的频谱特征是指它的频率成分。

频率谱显示信号在频率上的能量分布。

对于正弦交流电，频谱仅包含一个基波频率成分，即信号的主要频率。

6.相位差和相位关系：在电路中，两个或多个正弦交流电信号之间可能存在相位差。

相位差是指两个信号波形之间的时间或角度差。

相位差决定了信号的相对位置和交互作用。

7.可变频率和可变幅值：正弦交流电的频率和幅值可以被调节和控制。

这种可变性使得正弦交流电可以适应不同的应用需求，如电力传输、调制和调频等。

总结：正弦交流电是一种周期性变化的电流或电压信号，它的产生基于电磁感应定律和发电机原理。

正弦交流电具有频率、幅值、相位、频谱特征、相位差和可变频率和幅值等特点。

正弦交流电在电力系统、通信、电器和电子设备等领域广泛应用。

正弦式交变电流是如何产生的
正弦式交变电流是通过在交流电源中产生的。

交流电源通常由发电厂产生，其原理是利用发电机（发电机组）将机械能转化为电能。

具体来说，正弦式交变电流的产生过程可以描述如下：
1. 旋转发电机的转子：交流发电机的转子通常是通过机械能（如水力、风能、燃料燃烧产生的热能等）的转动驱动的。

转子的转动会带动导体（发电机转子上的线圈）在磁场中运动。

2. 导体在磁场中运动：当导体在磁场中运动时，根据洛伦兹定律，会在导体中感生出电动势。

导体两端会产生电压，导致电子在导体内移动，形成电流。

3. 交变电流的产生：由于转子的转动是周期性的，所以导体在磁场中运动时产生的电动势也是周期性的。

这样，产生的电流就是周期性变化的，形成了正弦式的交变电流。

4. 调节电压和频率：通过调节发电机的转速和磁场的强度，可以调节产生的电压和频率，以满足不同电力系统的需求。

总的来说，正弦式交变电流是通过交流发电机将机械能转化为电能时产生的，其产生过程涉及导体在磁场中运动所感生的电动势，导致产生周期性变化的电流。

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交流电的基本概念交流电可分为正弦交流电和非正弦交流电。

正弦交流电的大小和方向随时间按正弦规律周期性变化，通常所说的交流电就是指正弦交流电。

1. 正弦交流电（1）正弦交流电的产生：正弦交流电由交流发电机产生的。

（2）正弦交流电的三要素①瞬时值、最大值、有效值图1 正弦交流电波形瞬时值：正弦波上每一点的幅度称为正弦交流电的瞬时值，反映该点正弦交流电的大小，用小写字母表示，如i、u分别表示正弦交流电流和正弦交流电压的瞬时值。

峰值：正弦波上幅度最大点的值称为峰值。

峰值有两个，其中一个峰值为正，另一个峰值为负，两者大小相等。

峰-峰值：两个峰值之间的垂直量称正弦交流电的峰-峰值，如图2所示。

峰值的绝对值称正弦交流电的最大值，反映正弦交流电大小变化的范围，用大写字母加下标m表示，如I m、U m分别表示正弦交流电流和正弦交流电压的最大值。

图2 正弦波的峰-峰值有效值：相同时间内、相同电阻上，产生与交流电相同热量所需的直流电的大小。

I＝0.707I m U＝0.707U m一般电气设备上标注的额定电压、额定电流都是指有效值。

当给定或测量交流电压、交流电流时，除非特别说明，也都是指有效值。

大多数仪表都能测量显示交流电压、交流电流的有效值。

②相位角、初相角在实际应用中，正弦波的相位通常用转子线圈旋转了多长时间来表示。

如果1秒钟转子线圈旋转了ω电角度，则t时间正弦波的相位为：Φ＝ωt＋φ其中，Φ称为相位角，φ称为初相角③周期、频率、角频率周期：正弦波完成一次循环所需的时间叫周期，用T表示。

周期的单位是秒（s）。

频率：指1秒钟循环的次数，用f表示。

频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。

角频率：指1秒钟变化的电角度，用ω表示，单位是弧度/秒（rad/s）。

关系：2πf（3）正弦交流电的表示三角函数法：u＝U m sin（ωt＋φu）＝U sin（ωt＋φu）i＝I m sin（ωt＋φi）＝I sin（ωt＋φi）波形图表示法：图3 正弦交流电的波形表示2. 三相正弦交流电正弦交流电有单相正弦交流电和三相正弦交流电两种，实际应用中的单相正弦交流电只是三相正弦交流电中的某一相。

正弦交流电的产生方法
方式1：线框在匀强磁场中匀速转动产生正弦交流电
这是产生正弦交流电的最基本方式，也是感应发电机的原理。

线框的转动轴一般跟磁场方向垂直，线框平面跟磁场方向垂直的位置叫中性面。

在中性面处磁通量最大，而感应电动势最小为零。

最大值Eｍ＝nBSω，这一结果只要求转动轴与磁场方向垂直且与线圈在同一平面上即可，不要求转动轴在线圈的什么特殊位置上；这一结果也与线圈的形状无关。

其瞬时值的表达式为e = Eｍsinωt。

方式2：穿过线框内的磁场成余弦变化产生正弦交流电垂直穿过线圈的磁场强弱成余弦变化时，根据麦克斯韦的电磁理论可知，在线圈中会产生正弦交流电。

即磁感强度B＝Bｍcosωt，则线圈中的电流i = BmS sinωt.（S为线圈的面积）。

这样形成的电流叫涡旋电流，在变压器的铁芯中就存在着涡流；为防止因此而产生的损耗，所以变压器的铁芯是由一片一片的硅钢片做成的。

电磁炉就是利用这一原理制成的。

方式3：互感产生正弦交流电
这种方式就是变压器的原理，实际上就是一个电生磁磁生电的过程，也就是互感现象。

正弦交流电的产生
 正弦交流电的产生
 正弦交流电是由交流发电机产生的，而发电机则是利用电磁感应的原理，将机械能转变为电能的装置。

 在日常的生产和生活中，电动机应用的场合很多，很多设备都是采用电动机作为动力源。

给电动机加上交流电源，电动机就会运转。

常见的交流异步电动机是由定子绕组和转子构成的，交流电源加到定子绕组上就会产生旋转磁场，旋转磁场便会带动转子旋转。

而发电机则相反，旋转转子就会在定子绕组中感应出交变的电压（即电动势）。

 交流发电机的基本结构和原理如图2-3所示。

转子是由永磁体构成的，当水轮机或汽轮机带动发电机转子旋转时，转子磁极旋转，会对定子绕组辐射磁场，磁力线切割定子绕组，定子绕组中便会产生感应电动势，转子磁极转动一周就会使定子绕组产生相应的电动势（电压）。

 由于感应电动势的强弱与感应磁场的强度成正比，感应电动势的极性也与感应磁场的极性相对应。

定子绕组所受到的感应磁场是正反向交替周期性变化的。

转子磁极匀速转动时，感应磁场是按正弦规律变化的，发电机输出的。