直流电与交流电21页PPT

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(3) 远距离输电常用关系式(如图所示)
①功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3. ②电压损失：U损＝I2R线＝U2－U3. ③输电电流：I 线＝UP22＝UP33＝U2R－线U3. ④输电导线上损耗的电功率：P 损＝I 线 U 损＝I2线_R 线＝UP222R 线.
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增大，故 A 错误；R0 两端的电压为 U0＝I2R0，用户得到的电压为 U3＝
U2－U0，当用户增多时，I2 增大，U0 增大，所以 U3 减小，为使用户获得
的电压稳定在 220 V，则需要增大 U2，变压器原副线圈电压关系为
U2＝ U1
nn21，在 U1 和 n2 不变的情况下，要增大 U2，可以减小 n1，即将 P 适当
【答案】 C
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二 交变电流的产生及四值问题
1. 线圈通过中性面时的特点 (1) 穿过线圈的磁通量最大． (2) 线圈中的感应电动势为零． (3) 线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次．
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2. 正弦式交流电“四值”的应用
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2 (2021·江苏卷)贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛， 2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时．某种风力发电机的原理如图 所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知 磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20 T，线圈的匝数为 100、面积为0.5 m2，电阻为0.6 Ω，若磁体转动的角速度为90 rad/s，线 圈中产生的感应电流为50 A．求：
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三 变压器与远距离输电
1. 变压器制约问题主要有三项： 电压制约：输出电压 U2 由输入电压决定，即 U2＝nn21U1，可简述为“原 制约副”． 电流制约：原线圈中的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 决定，即 I1 ＝nn21I2，可简述为“副制约原”． 负载制约：原线圈的功率P1由用户负载决定，P1＝P负1＋P负2＋…， 简述为“副制约原”．

B [滑片向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，整个 电路电阻增大，干路电流减小，A1 示数减小，A 错误；内电压减小， 外电压增大，R1 两端的电压增大，则通过 R1 的电流增大，而干路电 流减小，则 A2 的示数减小，B 正确；电容器两端的电压增大，所以 电容器的带电荷量增大，C 错误；通过内电阻的电流减小，则由 P ＝I2r，可知，电源内阻消耗的电功率减小，D 错误。]
D [由于输电线总电阻为 R，输电线上有电压降，U 线＜U2。根 据欧姆定律得 I2＝UR线<UR2，故 A 错误；输电线上有功率损失 ΔP＝ΔRU2， ΔU<U2，故 B 错误；根据 P＝UI 知在功率不变的情况下，增大 U，I 减小，故 C 错误；理想变压器不改变电功率，U2I2＝U1I1，故电厂输 送电功率为 U2I2，故 D 正确。]
2．求解功率最大值问题的 2 点技巧 (1)定值电阻的功率：P 定＝I2R R 为定值电阻，P 定只与电流有关系，当 R 外最大时，I 最小，P 定最小，当 R 外最小时，I 最大，P 定最大。 (2)电源的输出功率：P 出＝rE＋2RR外外2＝R外R－外Er22＋4r。当 R 外＝r 时，P 出＝E4r2最大。
(甲)
(乙)
( 丙)
(丁)
A [在图(甲)位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流为零， A正确；从图(乙)位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关 系式为i＝Imcos ωt，B错误；在图(丙)位置时，线圈中的磁通量 最大，磁通量的变化率最小，感应电流为0，C错误；在图(丁) 位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c，D错误。]
[典例2] (2021·山东济南高三模拟)如图所示，R1为定值电阻、R为滑动变阻 器、C为电容器，闭合开关S，当滑片P向上移动时，下列说法正确的是

或交流电。
02 03
成本考虑
如果设备需要大量的电能，使用交流电可能会更经济，因为发电效率较 高。如果设备需要较小的电能，使用直流电可能会更经济，因为传输损 耗较小。
稳定性需求
如果设备需要高稳定性的电源，如精密仪器和电子设备，应选择直流电 。如果设备的电源稳定性要求不高，如家用电器和照明设备，可以选择 交流电。
现代发展
现代电力系统主要采用交流电 ，但直流输电也在某些特定场
合得到应用。
03
直流电与交流电的比较
电流方向
总结词
电流方向是直流电和交流电的主要区别之一。
详细描述
在直流电中，电流始终沿一个方向流动，不会改变方向。而在交流电中，电流 的方向会不断改变，呈正弦波或方波形式。这种方向的改变使得交流电能够实 现变压和传输的灵活性。
直流微电网
直流微电网是一种新型的能源管理系统，能够实现可再生能源的高效利用和分布式电源的接入。通过采用直流电技术 ，可以降低损耗、提高供电可靠性，并实现能源的双向流动。
直流电在可再生能源领域的应用前景
随着可再生能源的大规模开发和利用，直流电技术将在太阳能光伏发电、风能发电、储能系统等领域得 到广泛应用，为构建绿色、智能的能源互联网提供有力支持。
THANKS
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定义与特点
产生方式 通过电池或直流发电机产生直流电。
电池是最常见的直流电源之一，能够提供稳定的电压和电流。
定义与特点
应用领域
适用于电子设备和系统，如手机、电视、电脑等。
在电力传输和分配中，直流电用于高压直流输电（HVDC）系统，以降 低能量损失。
直流电的应用
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照明和显示
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个周期内产生的热量为 Q1”说明 Q1＝uR20T；②“该电阻
接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为 Q2”
说明
Q2＝2uR20 T. 解析：正弦交变电流的电压有效值为
u0
，而方波交
2
流电的有效值为 u0，根据焦耳定律和欧姆定律，Q＝UR2T
可知，在一个周期 T 内产生的热量与电压有效值的二次
A．2
B．3
C．4
D．5
[题眼点拨] ①由图可知原线圈的电压 U1＝U－ I1R1，开关闭合时副线圈只有 R2，开关断开时 R2 与 R3 串 联；②“开关 S 断开时，电流表的示数为 I；当 S 闭合时， 电流表的示数为 4I”说明开关闭合和开关断开两种情况 下副线圈上的电阻不同导致原线圈的电流不同．
解析：当导线框 N 完全进入磁场后，通过线框的磁 通量将不变，故无感应电流产生，因此它不会产生正弦 交流电，A 项错误；导线框每转动一圈，产生的感应电流 的变化为一个周期，B 项正确；在 t＝T8时，导线框转过 角度为 45°，切割磁感线的有效长度相同，均为绕圆心的 转动切割形式，设圆弧半径为 R，则感应电动势均为 E＝ 12BR2ω，C 项正确；
A．两导线框中均会产生正弦交流电 B．两导线框中感应电流的周期都等于 T C．在 t＝T8时，两导线框中产生的感应电动势相等 D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的 有效值也相等 [题眼点拨] ①“半圆形导线框”说明转动过程中一 直有感应电流；②“扇形导线框”说明转动过程中只有 一半时间内有感应电流；③“半径相等”说明有效切割 长度相同．
方成正比，Q1∶Q2＝2∶1，选项 D 正确．
答案：D
4．(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图，理想变压器原、副 线圈分别接有额定电压相同的灯泡 a 和 b.当输入电压 U 为灯泡额定电压的 10 倍时，两灯泡均能正常发光．下列 说法正确的是( )

u2
VT
uVT
id
ud R
u2
b) 0 t1 ug
c) 0 ud
d) 0
uVT
e) 02ຫໍສະໝຸດ tttt
直流输出电压平均值为：
Ud
1 2
2U2 sintd(t)
2U 2
2
(1
cos
)
0.45U
2
1
cos 2
相控型稳压电源
单相桥式全控控整流电路
VT3
VT1
T i2 a
a)
u1
u2 b
VT2
ud
ud(id)
单相APFC国内外开发较早，技术已相当成熟；三相APFC则拓扑类型较多， 还在发展。在10KW以下的功率等级，三相BOOST单开关拓扑比较经济实用，国 内已有应用的报道，输入端功率因数可达到0.92～0.93。
有源功率因数校正电路
BOOST功率因数校正器电路原理图
有源功率因数校正电路
全桥整流后电压波形 电流波形
各种不同的间接直流变流电路的比较
电路 优点
缺点
正激 反激 全桥 半桥
电路较简单，成本 低，可靠性高，驱 动电路简单 电路非常简单，成 本很低，可靠性高， 驱动电路简单
变压器双向励磁， 容易达到大功率
因开关电源的功率变换器件工作在高频状态，从而大大减小了变压 器的体积，电源具有体积小、重量轻，动态响应快、电压纹波小的优点。 已经逐步取代相控电源，成为电源的主选。
开关电源按控制方式划分，大致可分为脉宽调制（PWM）开关电源， 脉频（PFM）调制开关电源，混合调制（脉宽和脉频同时改变）开关电 源等。
有源功率因数校正电路
Uin Uo
Iin

(3)极限法：因变阻器滑片滑动引起电路化的问题，可将变阻 器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论．
考向2 直流电路的动态分析
奉节中学物理组
例 2 如图所示的电路中，L 为小灯泡，R1、R2、R3 为定值电阻，C 为
电容器，电源电动势为 E，内阻为 r，图中电表为理想电表．闭合开
关 S，将滑动变阻器的滑片 P 从 a 端滑到 b 端的过程中，下列说法正
P-R 图线
R＝r＋ E2R2R
P-I 图线
P＝EI－I2r
奉节中学物理组
特例 短路 R＝0，I＝Er ，图象始端 断路 R＝∞，I＝0，图象末端
短路 R＝0，U＝0，U 内＝E 断路 R＝∞，U＝E，U 内＝0
短路 R＝0，I＝Er ，U＝0 断路 R＝∞，I＝0，U＝E 短路 I＝Er ，P 出＝0 断路 I＝0， P 出＝0，当 R＝r 时，P 出最大， P 出＝E 4r2 短路 I＝Er ，P 出＝0 断路 I＝0，P 出＝0，当 I＝2Er时， P 出最大，P 出＝E 4r2
想 (2)物理方法：假设法、整体法、隔离
方 法、代换法、比值定义法.
法
考点一 直流电路的分析计算
奉节中学物理组
考向1 直流电路的功率问题
奉节中学物理组
1．电路的电功率分析 ①纯电阻电路：P 电＝P 热＝I2R＝IU＝UR2 ②非纯电阻电路：P 电＝P 热＋P 机，即 UI＝I2R＋P 机． 2．电源的输出功率与负载的关系分析 ①当 R＝r 时，电源的输出功率最大，为 Pm＝E4r2； ②当 R>r 时，随着 R 的增大，电源的输出功率越来越小； ③当 R<r 时，随着 R 的增大，电源的输出功率越来越大； ④当 P 出<Pm 时，每个输出功率对应两个外电阻阻值 R1 和 R2， 且 R1 R2＝r2.

I + US
—
U
US
I 0
（a）理想电压源电路符号
（b）理想电压源的伏安特性
图4-1-1理想电压源
当理想电压源与外路接通后,如图4-1-2所示。
《计算机组装与维护》项目教学团队2
计算机用电基础
任务四 直流电与交流电
I
U Us
+
+
I U Us
US
RR
—
也就是说，理想电压源向负载提供的电
U
R
——
压是恒定的，不会随着负载的变化而变化；
即
I2RT Ti2(t)Rdt 0
所以
I 1 Ti2(t)dt T0
交流电的有效值等于它的瞬时值的平方在一个周期的平均值
的算术平方根， 所以有效值又叫方根均值（或叫均方根值）。
将正弦交流电的瞬时表达式带入上式，可以得到
I Im 2
U Um 2
《计算机组装与维护》项目教学团队13
计算机用电基础
电压源理想电压源实际上是不存在的。实际的电压源，其两端电压 会随模着型 流过它的＋ 电流的变I 化而有＋所变化。U
实际的电U压S 源可以用一个理想电压U源S 和电阻相串联的模型来
－
表征， 如图4-1-3所示。
U
U＝US－RSI
RS
－
O
I
(a)
(b)
图4-1-3 实际电压源
(a) 模型 (b) 伏安特性曲线
任务四直流电与交流电计算机用电基础计算机用电基础计算机组装与维护计算机组装与维护项目教学团队19直流电源交流电源直流电路交流电路电路各处的电压电流不随时间发生变化电路各处的电压电流随时间发生周期性变化理想电源与实际电源任务四直流电与交流电计算机用电基础计算机用电基础计算机组装与维护计算机组装与维护项目教学团队20振幅值角频率初相角正弦交流电的三要素有效值在纯电阻电路中电压电流的瞬时值或有效值之间符合欧姆定律任务四直流电与交流电计算机用电基础计算机用电基础计算机组装与维护计算机组装与维护项目教学团队21三相四线制系统相电压

4、人们常说的交流电压220V、380V，指的是交流电压的_____值 有效
第12页，共21页。
5、画出正弦交流电的波形图，并在图上标出下列各 交流电的相关量：T、f、U、Um 、u
最大值
瞬时值
u
Um U
T
f =波形个数
在效值
1S
t
T
=
1
f
第13页，共21页。
问题与讨论
若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于 220V
： t = 0 时的相位，称为初相位或初相角。
i
wt
图中 0
说明： 给出了观察正弦波的起点或参考点，
常用于描述多个正弦波相互间的关系。
第15页，共21页。
两个同频率正弦量间的相位差( 初相差)
i1 i2
wt
1
2
i1 = Im1 sinw t 1
i2 = Im2 sinw t 2
= w t w t =
1、理解直流电和交流电的区别 2、掌握单相交流电的基本概念和三要素 3、培养学生独立思考和创新的能力
教学难点：正弦交流电的三要素
教学难点：正弦交流电的最大值、有效值、角频 率、
频率、周期、相位、初相位
第3页，共21页。
交流电路概述
在生产和生活中使用的电能，几乎都是交流电能，即使是电解、电镀、 电讯等行业需要直流供电，大多数也是将交流电能通过整流装置变成直流 电能。在日常生产和生活中所用的交流电，一般都是指正弦交流电。
写字母加下标m表示。如 Im、Um、Em。
有效值
–Um
u= um sin(wt φ 0)
相同条件下，直流电与交流电对电阻加热
产生的热量相等时，将这个直流电的数值，称 为交流电的有效值。