1.2 正弦交流電常識(shí)

1.2.1 正弦交流電的基本概念

上一節(jié)，我們所研究和討論的內(nèi)容，都是大小和方向不隨時(shí)間的改變而改變的直流電。但是，在日常生活和生產(chǎn)中，大多使用交流電。我們將大小和方向隨時(shí)間作周期性交替變化的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)稱為交流電，如果它們的變化符合正弦函數(shù)的規(guī)律，則稱為正弦交流電。由于正弦交流電在產(chǎn)生、輸配電及用電設(shè)備的制造和運(yùn)行方面都比直流電經(jīng)濟(jì)、方便，因此，它獲得了廣泛的應(yīng)用。

1.交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

利用交流發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生正弦交流電。如圖1.27所示是一個(gè)簡(jiǎn)單交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

在一對(duì)磁極N、S之間，放著一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形鐵心，在鐵心上繞有線圈，線圈的兩端分別接到兩個(gè)銅制的、與轉(zhuǎn)軸絕緣的圓形滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，滑環(huán)又通過電刷與外電路接通，把線圈中感應(yīng)出來的正弦交流電傳送到外電路。

鐵心、滑環(huán)、線圈等組成的轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為電樞。電樞在磁極之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2.正弦交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生

如圖1.28所示是交流發(fā)電機(jī)的原理圖，我們只畫了線圈AX的截面圖。

磁極的布置要合適，目的是使沿鐵心表面圓周上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按正弦規(guī)律分布，即

B=Bmsinα

在圓周的0、2兩處，α 分別是0、π，這兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于零。我們常把通過水平中心線的水平面稱為中性面，把α 稱做線圈平面相對(duì)于中性面的夾角。在圓周1、3兩處，α 分別是、，這兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B最大。

當(dāng)線圈在外力的作用下，沿逆時(shí)針方向以恒定的角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈側(cè)面上的兩段導(dǎo)線做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，因而會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。若每段導(dǎo)線的長度為 l，則線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為

e= 2νlB

式中，ν是導(dǎo)線做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度。

將B=Bmsinα代入上式，得

e=2νlB m sinα

設(shè)Em=2vlBm，則上式變?yōu)?/p>

e=E m sinα

若規(guī)定線圈平面相對(duì)于中性面夾角為零時(shí)作為初始時(shí)刻（t=0），因?yàn)?span id="yi6sw9x" class="italic">α = ω t，所以有

e=Em sinωt

上式說明：交流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小和方向都隨時(shí)間變化，其變化的規(guī)律符合正弦函數(shù)的特征。

正弦交流電是指按正弦規(guī)律變化的電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)。正弦交流電可以用波形圖表示，也可以用三角函數(shù)式表示。以正弦交流電流為例，其波形圖如圖1.29所示。三角函數(shù)式是：