学习目的：
1． 什么是电磁感应现象，怎样计算感应电动势和判断感应电流的方向？
2． 正线交流电是怎样产生的，表征交流电的基本物理量和描述正弦交流点的常用方法有哪些？
3． 常见的单相交流电路有哪些，他们的电压、电流以及功率之间各有什么关系？
4． 示波器操作面板上各个开关、旋钮的作用是什么，怎样使用示波器？
5． 什么是三相电源与三相负载的星形连接和三角形连接，怎样计算三相电路的电压、电流和功率？
第一节交流电的基本概念。
一、 电磁感应定律。
电流流过线圈时会产生在其周围空间中产生磁场；一定条件下利用磁场也可以在导体中产生电流，这种电流称为感应电流。
1． 直导体切割磁感线运动产生感应电流。
闭合电路的一部分在磁场中作切割磁力线运动时，电路就会产生电流。
直导体切割磁力线时，导体中感应电动势和感应电流的方向可用右手定则来确定：平伸右手，四指和拇指垂直且保持在同一平面内，磁感应线垂直穿过手掌心，大拇指指向导体切割磁力线运动的方向，四指的指向为感应电流的方向。
感应电动势的大小与磁场的磁感应强度、导体切割磁感应线的有效长度和切割磁感应线运动的速度成正比。
e=blvb－磁场的磁感应强度，单位为特[斯拉]，符号为t
l－导体切割磁感线的有效长度，单位为米。
v－导体垂直磁场方向切割磁感线运动的速度，单位为米/秒。
e－感应电动势，单位为伏。
2． 穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感应电流。
感应电动势的大小在数值上等于穿过闭合回路的磁通量变化率与匝数的乘积，这一规律称为电磁感应定律。
穿过线圈的磁通量的变化量，单位为wb
磁通量变化所用的时间，单位为s
n－线圈的砸数。
二、 交流电的类型。
大小和方向都随着时间做周期性变化的电压或电流称为交流电。
有：矩形波交流电，尖脉冲交流电，正弦波交流电，锯齿波交流电。
图2.4常见的是正弦波交流电。
三、 正弦交流电。
1． 交流电的产生。
根据交流发电机（由一对正对的磁极与转子线圈组成），转子线圈在外力的作用下在磁场中匀速转动，穿过线圈平面的磁通量不断变化，根据电磁感应定律，线圈中产生大小和方向随时间变化的感应电动势。线圈转动一周，感应电动势的大小和方向完成一次周期性的变化。
2． 电动势按正弦规律变化。
图2.5（b）
交流发电机中的转子线圈在匀强磁场中沿逆时针方向匀速转动，线圈转动的角速度为ω，经过时间t后，线圈转过的角度为ωt，此时ab边线速度的方向与磁感应线方向的夹角也等于ωt，ab边切割磁感应线运动的速度的一个分量等于vsinωt，设矩形线圈ab边的长度为l，磁场的磁感应强度为b，由于cd边也有感应电动势且与ab边中的感应电动势串联，故这一瞬时整个线圈中的感应电动势为。
e=2blvsinωt
令em=2blv，如果t=0时，线圈平面与中性面的夹角为φ0，则有。
e= emsin（ωt+φ0）
表明瞬时电动势随时间按正弦变化。
3． 正线交流电的波形。
图2.6四、 正线交流电的三要素。
1． 周期和频率。
交流电的大小和方向都在随时间作周期性的变化，交流电完成一次周期变化所经历的时间称为交流电的一个周期，波形图中一个完整正弦波对应的时间就是交流电的一个周期。周期的符号是t，单位是秒（s）
交流电在一秒内完成变化的次数称为交流电的频率。符号是f，单位是赫兹（hz）
t=1/f交流电的角频率用ω表示，单位为弧度/秒，符号rad/s
角频率与频率之间的关系：ω=2πf
周期和频率都是用来表示交流电快慢的物理量。我们国家的频率是50hz，日本等国家的频率是60hz。
2． 瞬时值、最大值和有效值。
瞬时值：交流电在某一时刻的值称为瞬时值，用小写字母表示。
最大值：交流电在一个周期内能达到的最大幅度为交流电的最大值，用带下标m大写字母表示。
有效值：根据交流电的热效应规定交流电和直流电同时作用同样的电阻，在同样时间里所产生的热量相等，交流电的有效值数值上等于直流电的大小。用大写字母表示。
最大值和有效值的关系：最大值是有效值的倍。
3． 相位和相位差。
在交流电动势的瞬时值表达式e=emsin(ωt+φ0)中，(ωt+φ0)对于确定电动势瞬时值的大小和方向至关重要，称为交流电的相位，t=0时的相位φ0称为初相。
电工技术中常用相位差来比较两个交流电的步调，相位差是指两个同频率的交流电的相位之差，用△φ表示。因为同频率，所以相位差等于初相之差。△φ2-φ1
1） 两个交流电的频率、初相位相同时，称为两个交流电同相。
2） 两个交流电的频率相同、相位相差1800时，称这两个交流电反相。
3） 两个交流电的频率相同但初相位不同。
超前、滞后。
交流电的最大值、频率和初相位称为交流电的三要素。由这三个量可直接写出交流电的瞬时值表达式。
五、 正弦交流电的表示方式。
1． 解析式表示法。
解析式表示法是正弦三角函数形式来表示交流电。
如：正弦交流电压u=umsin（ωt+φu）
正弦交流电流i=imsin（ωt+φi）
2． 波形图表示法。
在平面直角坐标系中用正弦曲线来表示交流电的方法称为波形图表示法。
3． 相量图表示法。
用矢量形式表示正弦交流电的方法称为相量表示法。用大写字母上加点表示，如。
同频率的几个正弦量的相量，可以花在同一个图上，称相量图。
第二节单相交流电路。
一、 纯电阻电路。
负载只有电阻的电路称为纯电阻电路。
白炽灯、电炉、电烙铁等可看作纯电阻负载，故这类用电器的电路可以看作是纯电阻电路。
1． 电阻上电压和电流的相位关系。
电阻上的电压和电流同相。
若已知电阻上电压的瞬时值表达式为，则电阻中电流瞬时值的表达式为。
2． 纯电阻电路欧姆定律。
实验证明，在交流电路中，电阻端电压和流过它的电流符合欧姆定律。
纯电阻电路的电压和电流的有效值之间的关系。
最大值和瞬时值。
p61 例题2-3
二、 纯电感电路。
1． 电感线圈与理想电感元件。
把漆包线或沙包线逐圈绕制在绝缘骨架或铁心上就可以形成电感线圈。电感元件在交流电路中能够起到储存、转换能量及限流作用。
绕制在铁磁材料上的称为铁心电感线圈；绕制在非铁磁性材料上的线圈称为空心电感线圈。
当电流通过线圈时**圈周围就会产生磁场，线圈电流方向和磁场方向符合右手螺旋定则。如果线圈有n匝，线圈所有各匝磁通的总和称为磁链。表达式：ψ=nφ
磁链或磁通是通过线圈的电流产生的，当线圈中没有铁磁材料时，磁链与电流有正比关系。
=nφ=li
l=ψ/i=nφ/i
l称为线圈的电感，也称自感，单位为亨利（h），常用单位还有毫亨和微亨。
空心电感线圈是一个常数，这样的电感称为线性电感。电感的大小只与线圈形状、尺寸、匝数有关，与线圈中有无电流或电流的大小均无关。
铁心电感线圈的电感不是一个常数，它随线圈中的电流变化而变化。
2． 自感现象和自感电动势。
当流过电感线圈中的电流大小发生变化时，线圈中会产生感应电动势（自感电动势）。自感电动势的大小与流过电感线圈的电流变化率成正比，比例系数为电感线圈的电感：
负号表示自感电动势总是阻碍引起自感电动势的电流的变化。
日光灯电路的原理：
当电源开关闭合，交流电压经镇流器和灯管两端的灯丝，加在启辉器两端，启辉器是一只充有氖气的玻璃泡，当220v交流电压加在u型触片与静触片之间时，氖泡中的氖气被击穿产生辉光放热，氖泡中的u型片受热形变弯曲后与静片接触，使电路接通。此时，双金属片冷却并与静片断开，在断开的瞬时，镇流器中的电流突然减为零，这时镇流器线圈中会产生很高的自感电动势，这个瞬时高压通过灯管两端的灯丝使灯管内的水银蒸发成水银蒸汽，水银蒸汽导电，发出紫外线，使得灯管壁上的荧光粉发出白光。日光灯发光后，其正常工作电压低于220v，此时镇流器就起到限流作用。
由于电感线圈产生自感电动势，则**圈两端就会产生一定电压，有u+el=0，则有。
3． 感抗。
将理想的电感元件即纯电感接入交流电路中就构成了纯电感电路。
电感对交流电的阻碍作用称为感抗，用xl 表示。
电感线圈的感抗与他的电感量以及交流电的频率成正比，即xl=ωl=2πfl
xl的单位为欧姆。
4． 纯电感电路中电压与电流的关系。
三、 纯电容电路。
1． 电容器的容抗。
电容器具有隔直流、通交流的作用。其容抗的大小：
2． 电压与电流的相位关系。
电压滞后电流90o
3． 纯电容电路的欧姆定律。
保持交流电的频率不变，改变电容两端的交流电压有效值，电路中的电流有效值会随之发生改变。
则有： 四、 rlc串联电路。
由于是串联电路，则流过每个元器件的电流是一样的。
以电流为参考量：i=imsinωt
电阻两端电压与电流同相：ur=ri=r imsinωt=umsinωt
电感两端电压超前电流π/2：ul= xlimsin(ωt+π/2)=ulmsin(ωt+π/2)
电容两端电压滞后电流π/2：uc= xcimsin(ωt-π/2)=ucmsin(ωt-π/2)
电路两端电压为：u= ur+ul+uc
1． 端电压与电流的相位关系。
rlc串联电路的性质是由电感和电容上的电压分量所决定的。
1 当xl>xc时，则ul>uc，则端电压超前电流，称为感性电路。
2 当xl3 当xl=xc时，则ul=uc，则端电压与电流同相，称为阻性电路。
2． rlc串联电路的欧姆定律。
存在电压三角形的关系：
将ur=ri，ul=xli，uc=xci代入上式。则。其中。
这个式子可以认为就是阻抗三角形。感抗和容抗统称为电抗，用x表示，x=xl-xc。/z/表示电路的阻抗，单位为ω。
z/和r两边的夹角称为阻抗角，也等于端电压和电流的相位差。
3． rlc串联电路的两个特例。
1 rl串联电路。
2 rc串联电路。
五、 交流电路的功率。
1． 纯电阻电路的功率。
消耗功率：有功功率p=ui=i2r=u2/r
2． 纯电容电路的功率。
瞬时功率是正弦函数，因此瞬时功率的平均值为零，说明电容不消耗有功功率。
无功功率：qc=uci=xci2，单位是乏（var）
3． 纯电感电路的功率。
瞬时功率是正弦函数，因此瞬时功率的平均值为零，说明电感不消耗有功功率。
无功功率：ql=uli=xli2，单位是乏（var）
4． rlc串联电路的功率。
有功功率：p=uri，ur=ucosφ，p= uicosφ
无功功率：q=uli-uci=(ul-uc)i=(xl-xc)i=uisinφ
视在功率：s=ui
功率三角形：
六、 提高功率因数。
1． 功率因数。
有功功率与视在功率的比值称为电路的功率因数。
=cosφ=p/s
功率因数的大小是表示电源功率利用的程度。
2． 提高功率因数的方法。
实际的用电设备大部分是感性负载，功率因数不高，可等效为rl串联电路，在其两端并联一只电容量适当的电容器，用容性负载补偿感性负载，从而提高电路的功率因数。
第三节示波器及其使用。
一、 通用示波器简介。
1． 通用示波器的基本结构。
2． 通用示波器的面板简介。
第二章正弦交流电
第二章交流电路。在电力系统中，考虑到传输 分配和应用电能方面的便利性 经济性，大都采用交流电。工程上应用的交流电，一般是随时间按正弦规律变化的，称为正弦交流电，简称交流电。正弦交流电路是指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。第一节正弦交流电的基本概念。一 正弦量的三要...
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