交流电的教案（★）

第一篇：交流电的教案

目标任务1 触电情况

一、触电概念

当人体触及设备的带电部分时，有电流流过人体，使人体的一部分或全部受到伤害，甚至死亡的现象称为触电。

二、触电的种类

1、电击：是指电流通过人体，造成人体内部器官的伤害，这是最危险的。

2、电伤：是指电流对人体外部造成伤害，如电弧飞溅造成烧伤等。

3、人体触电受到的伤害程度：取决于通过身体的电流，电流越大、持续时间越长、通过要害部位（心脏、中枢神经、呼吸系统）时，身体受到的伤害就越大。

一般情况下，人体可长时间承受30mA以下的工频电流。我国用电安全规程中把36V（人体电阻按1200Ω计算）定为安全电压值。

目标任务2 触电方式

一、单相触电 图3-5中，人体的一部分触及带电体，同时人体的另一部分触及大地或中性线，电流从带电体流过人体到大地（或中性线）形成回路。

二、两相触电

三、初相位

(t0)

1、在交流电的瞬时值表达式中，把 叫做相位角，简称相位，决定交流电某一时刻所处的状态；而把t=0时的相位角叫做初相角，简称初相。

2、目标任务3 交流电的有效值

一、有效值

1、交流电的有效值是根据它的热效应来确定的。把热效应相等的直流电的值叫做交流电的有效值。交流电的电动势、电压或电流的有效值分别用大写字母E、U和I表示。

2、3、正弦交流电的有效值和最大值的关系为：

目标任务4 技能训练 测量交流电

一、器材准备

1、万用表。

2、交流电源。

二、测量交流电压

1、用万用表的交流电压档位测量交流电压时，万用表不分极性，只要在测量量程范围内将它直接并联到被测电路中即可。

2、如需扩大量程，可加接电压互感器。配用互感器的电压表量程一般100V，选用时，应根据被测电路电压等级和电压表自身量程合理配合使用。

3、读数时，电压表表盘刻度值已按互感器比率折算，可直接读取。

4、交流电压的测量如图3-4所示。

5、将测量结果填写在测量单上

活动小结

1、交流电是指大小和方向随时间作周期性变化的电动势（电压或电流）。

2、交流电是随时间作正弦规律变化的，称为正弦交流电。

3、交流电的表达式：

第二篇：高中物理交流电总结

高中物理交流电总结

知识要点：

公式交流电的产生和变化规律图象最大值、瞬时值、有效值；

1、交流电表征交流电的物理量周期、频率交流电能的传输——变压器——远距离送电

2、基本要求：

（1）理解正弦交流电的产生及变化规律

①矩形线圈在匀强磁场中，从中性面开始旋转，在已知B、L、情况下，会写

出正弦交流电的函数表达式并画出它的图象。

②函数表达式与图象相互转换。

（2）识记交流电的物理量，最大值、瞬时值、有效值；周期、频率、角频率；

（3）理解变压器的工作原理及初级，次级线圈电压，电流匝数的关系。理解远距离输电的特点。

（4）了解三相交流电的产生。

一、交流电的产生及变化规律：

1、产生：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。

矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图5—1所示，产生正弦（或余弦）交流电动势。当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。

图5—1

2、变化规律：

（1）中性面：与磁力线垂直的平面叫中性面。

线圈平面位于中性面位置时，如图5—2（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。因此，感应电动势为零。

图5—2 当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁力线平行时）如图5—2（C）所示，穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。因此，感应电动势值最大。

m2·N·B·l·vN·B··S（伏）

（N为匝数）

（2）感应电动势瞬时值表达式：

若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：eIm·sintm·sint（伏）如图5—2（B）所示。

感应电流瞬时值表达式：i

e（安）

若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：m·cost（伏）如图5—2（D）所示。感应电流瞬时值表达式：iIm·cost

（安）

3、交流电的图象：

em·sint图象如图5—3所示。em·cost图象如图5—4所示。

想一想：横坐标用t如何画。

4、发电机：

发电机的基本组成：线圈（电枢）、磁极

旋转电枢式发电机种类旋转磁极式发电机转子——电枢定子——磁极转子——磁极定子——电枢

旋转磁极式发电机能产生高电压和较大电流。输出功率可达几十万千瓦，所以大多数发电机都是旋转磁极式的。

二、表征交流电的物理量：

1、瞬时值、最大值和有效值：

交流电在任一时刻的值叫瞬时值。

瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。

交流电的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻，如果二者热效应相等（即在相同时间内产生相等的热量）则此等效的直流电压，电流值叫做该交流电的电压，电流有效值。

正弦（或余弦）交流电电动势的有效值和最大值m的关系为：

m0.7072m

交流电压有效值U0.707Um； 交流电流有效值I0.707Im。

注意：通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。

2、周期、频率和角频率

交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。以T表示，单位是秒。

交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。以f表示，单位是赫兹。

周期和频率互为倒数，即T1f。

我国市电频率为50赫兹，周期为0.02秒。角频率：2T2f

单位：弧度/秒 三、三相交流电：

1、三个互成120的三个相同线圈，固定在同一转轴上，在同一匀强磁场中作匀速转动，将产生三个交变电动势，所产生的电流叫做三相交流电。

由于这三个线圈是相同的，因此，它们将产生三个依次达到最大值的交变电动势。相当于三个最大值和周期都相同的独立电源。

2、每个独立电源称作“一相”，虽然每相的电动势的最大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或者同时达到最大值。由于三个线圈的平面依次相差120角，它们到达零值和最大值的时间依次落后周31期。如图5—5所示。

3、在实际应用中，三相发电机和负载并不用六条导线相连接，而是采用“Y”和“”两种接法。有兴趣的同学可以参阅必修本P116*部分内容。

四、变压器：

1、变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。

理想变压器的效率为1，即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说（如图5—6），原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。

即 UU12n1n2

U2·I2，因而通过因为有U1·I1原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。即 I1I2n2n1

注意：①对于副线圈有两组或两组以上的变压器来说，原、副线圈上的电压与它们的匝数成正比的规律仍然成立，但各副线圈的电流则应根据功率关系P入P出，去计算各线圈的电流强度，即U1·I1U2·I2U3·I3„„。②当副线圈不接负载（外电路断开时）I2=0，P出0，因此P入0，I10。

③当副线圈所接负载增多时，由于通常负载多是并联使用，因此，总电阻减少，使I2增大，输出功率增大，所以输入功率变大。

④因为P入P出，即U1·I1U2·I2，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线较细，低电压的线圈电流大，绕制的导线较粗。

⑤上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬时值。

2、远距离送电：

由于送电的导线有电阻，远距离送电时，线路上损失电能较多。

在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下，提高送电电压，减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。

线路中电流强度I和损失电功率计算式如下：

IP输U出P损I·R线U2

2出 注意：送电导线上损失的电功率，不能用P损R线求，因为U出不是全部降落在导线上。

第三篇：交流电之父简介

交流电之父 尼古拉·特斯拉，与爱迪生同时代的天才却被打压

提到尼古拉·特斯拉 你会想到什么？ 红警里的特斯拉线圈？ 俄罗斯的通古斯大暴炸？ 交流电之父？

或者

你根本不知道他

那么就来了解了解这个近代最伟大的科学家

尼古拉·特斯拉(1856-1943年)是美籍南斯拉夫人,他和爱迪生是同时代人,和爱迪生一样是一位多产的大发明家和科学家.谁人不知爱迪生?却很少有人知道特斯拉,他是一个被遗忘的天才.尼古拉·特斯拉是一位发明了交流发电和供电系统的天才发明家。这位古怪的发明家还发明了无线电的基本装置：荧光灯、遥控制导装置、可调机械振动装置、短距离无线电输电装置等。

尼古拉· 特斯拉不仅是一位发明家，而且还是一个具有特异功能并力图解释其功能现象的人。

科学界有一个普遍共识，人类历史上曾经存在过两个公认的旷世天才：达·芬奇和尼古拉·特斯拉。尼古拉·特斯拉是电气化领域的先驱，是他发明和创造了交流电系统，发明了电机和高压变压器，对现代世界工业产生了深远影响。我们的家之所以能有灯光也要感谢特斯拉。特斯拉创造出了第一台无线电遥控的机器、机器人工程学原理和太阳能驱动的发动机、X光设备、电能仪表、汽车速度仪表、冷光灯、电子钟、电子治疗仪……他在科学和工程学领域取得了大约1千项发明。而当今世界的科学发明体系仍然建立在特斯拉留下的遗产之上。特斯拉率先提出的概念有电子显微镜、激光、电视、移动电话，互联网和许多其他与我们日常生活紧密相关的事物。

但是，就是这样一位旷世奇才，却一生坎坷，备受同行和巨商为维护自己的利益对他的肆意打压，以至于他在科学史上的地位，长期都未能得到公正的评价。

第四篇：直流电交流电之争

直流电VS交流电及其发展历史

2007-06-22 13:37:29| 分类： 工作|举报|字号 订阅

关于电能的输送方式，是采用直流输电还是交流输电，在历史上曾引起过很大的争论。美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文都极力主张采用直流输电，而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理学家费朗蒂则主张采用交流输电。

在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。

但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P＝IU）。而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争论中，成了保守势力的代表。爱迪生认为交流电危险，不如直流电安全。他还打比方说，沿街道敷设交流电缆，简直等于埋下地雷。并且邀请人们和新闻记者，观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验。那时纽约州法院通过了一项法令，用电刑来执行死刑。行刑用的电椅就是通以高压交流电，这正好帮了爱迪生的大忙。在他的反对下，交流电遇到了很大的阻碍。

但是为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。而要改变电压，只有采用交流输电才行。1888年，由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电。他用钢皮铜心电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站，在这里降为2500伏，再分送到各街区的二级变压器，降为100伏供用户照明。以后，俄国的多利沃──多布罗沃斯基又于1889年最先制出了功率为100瓦的三相交流发电机，并被德国、美国推广应用。事实成功地证实了高压交流输电的优越性。并在全世界范围内迅速推广。

20世纪50年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新被人们所重视。

第五篇：交流电过零点检测电路总结

交流电过零点检测电路总结

交流电的过零点检测方案较多，目前较常见的也是我之前所使用的方案如图1所示：

图1 交流电光耦过零检测电路

图1的电路可以检测到交流电经过零点的时间，但是它存在诸多的弊端，现列举如下：

1.电阻消耗功率太大，发热较多。220V交

流电，按照有效值进行计算三个47K的电阻平均每个电阻的功率为220^2/(3*47k)/3=114.42mw。对于0805的贴片电阻按照1/8w的功率计算，当前的消耗功率接近其额定功率，电阻 发热大较大。同时需要注意市电的有效值为220V，其峰值电压为311V，以此计算我们可以得到每个电阻的瞬时最大功率为228mw，严重超过了电阻的额定功率，因此使用是存在危险的。

2.光耦的过零点反应速度慢,TZA上升沿时

间长。实际测试发现光耦过零点上升沿和下降沿的跳变时间为120us左右(高低电平压差为3.3V)。对于一般的应用可以接受，但是对于通信中的同步应用该反

3.4.5.6.应时间将严重影响通信质量。因为在120us内都可以认为是发生了过零事件，也就是说我对过零的判断可能存在最高达120us的偏差。

根据光耦的导通特性，该电路的零点指示滞后实际交流电发生的零点。滞后时间可以根据光耦的导通电流计算，NEC2501的典型值是10ma，实际上，当前向电流达到1ma的时候光耦一般就已经导通了。现以1ma电流计算，电阻3×47k=141k,则电压为141V，相应的滞后零点时间约为1.5ms。假设0.5ma导通则电压为70V，则滞后时间为722us。光耦导通时间较长，即光耦电流由0变为导通电流这个渐变过程较长，导致光耦特性边缘时间差异明显，产品一致性差。假设以1ma作为光耦的导通电流，那么在220v交流电由0V变化到141V的过程需要1.5ms。而因为期间的一致性问题，部分光耦可能会在0.5ma的时候就导通，部分可能在0.7ma的时候导通。现假设一致性带来的最低导通电流为0.5ma，那么对应导通电压为71V，对应滞后零点时间为736us，这表明，不同光耦之间零点差异可能达到764us！(实际测试中我检测了10个样品，其中两个光耦导通性能差别最大的时间差达到50us，其他普遍在10us左右)。这为不同设备使用该电路进行同步制造了很大的麻烦。

受光耦导通电流限制，该电路能够检测的交流信号幅度范围较窄。以1ma计算，该光耦只能检测交流信号幅度大于

141V的信号。如果该信号用于同步，那么在设备进行低压测试时将不能获取同步信号。

TZA输出波形和标准方波相差较大，占空比高于50%。实际测试中占空比的时间误差达到1.2ms，在应用中该时差不能被忽略。基于以上列出的各个问题导致利用交流电过零点进行同步质量较差，需要改进。首先我想到的方案是利用比较器的比较功能来产生标准的方波。在交流电的正半周比较器输出高电平，在交流电的负半周比较器输出低电平。该方案的时间误差仅取决于比较器电平跳变的响应速度和比较器的差分电平分辨率。以lm319为例，偏置电压最大为10mv，比较灵敏度为5mv，5V输出电平跳变响应时间在300ns以内，加上asin(10e-3/311)/2//pi/50 = 100ns。二者总共相差约400ns，远低于图1所示的方案。在实际应用中我使用了LM358来代替比较器，其偏置电流为50na，串接1M的电阻，满足偏置电流的电压为50na×1M=50mv。按照st-lm358资料，其开环频率响应1k一下可以达到100db，因此理论上输入1mv的电平依然可以识别，和前边假设相比取50mv，asin(50mv/311)/2/pi/50 = 500ns，放大器的SR为0.6V/us，假设转换到4V，需要7us。因此使用LM358的绝对误差为7.5us,而实际上由于每个器件的共性，因此在同步上偏差应该小于1.5us。

方案定下来以后就应该进行电路设计了，在实际电路调试的时候遇到很多问题，现记录于此供以后参考。主要问题包括有：



对于差分运放电路缺乏基本的认识，最初考虑用电阻分压电路，按照最大电压311V，电阻分压1：100，选用2M电阻串接一个20k，取20k两端的电压，理论最大差为3.11V的样子，电路如图2-1所示。该电路最终以失败告终。经过学习和查找原因，是因为没有可靠的工作点，或者说没有统一的参考地，浮地输入无法实现放大。同样因为这个原因，在网上寻找的如图2-2所示的电路也以失败告终。



为了能够对差分放大电路提供统一的参考基准最终对图2-2进行修改，分别从差分输入的+端和-端引一个大电阻到测试系统的“地”，因为是单电源放大考虑到LM358的共模输入信号范围

0-VCC-1.5V，由于二极管限幅，二极管两端电压最多0.7V，又因为对于去其中间电平连接到地，正负端对地输入的电压范围为-0.35到+0.35。最终电路如图3所示，该电路可以实现设计功能。

经验总结：

1.理解运算放大器的共模输入范围，这对

运放电路设计很重要。如果输入信号超过共模电压范围，放大器将不能正常工作。

2.任何信号耦合都是需要电流驱动的，放

大器限流以及不同设备间“地”的连接不是电阻越大越好。当初设计图3的电路，最初R2和R3取500K时，用示波器双通道同时测试测试地到R2,R3两端差分电压，显示其具有相同的波形，幅度8V左右。理论上其原R2,R3两端波形幅度应该为0.35V，相位相反。经过反复试验，发现其原因就在于经过R2,R3电流太小已经没有达到共“地”的效果了，降低R2,R3阻值测试波形和理论一致。3.当初为了安全测试220V端电压波形，查

阅了浮地测试技术的相关资料。同时经过实验验证，浮地测试必须要将示波器和被测试系统的公共地断开，具体来说就是让测试仪器和被测试平台不具备相同的参考地电位，这样短接示波器探头的地到被测试平台才不会发生事故。拿本实验举例，假设我们需要测量市电实时波形，怎么测量呢。我们可以这样测试，示波器供电时三芯插头只连接L和N端，接地不连接，这样就可以通过接地夹夹在市电的一端，用探头去测量另一端的波形了。当然最好还是在接地夹串接以大电阻去接市电一端，探头也串接一大电阻去接市电另一端。如果不这样测试会有什么后果？？？如果不这样测试，因为示波器探头的接地夹是和三芯插头地线导通的，在通过接地夹去夹火线或者零线是就相当于把火线或零线直接与大地相连，如果是零线还没事，如果是火线那必然短路！非常危险！！