三相交流电产生的旋转磁场

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三相交流电产生的旋转磁场

Three-phaseRotatingMagneticField

应用最广泛的电动机就是三相交流电动机，三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋转的。

三相交流电由A 、B 、C 三相组成，按每个交流周期360度算，每相间距120度，下面是三相交流电波形图，黄色为A 相波形，绿色为B 相波形，红色为C 相波形，我国使用的三相交流电频率是50赫兹。

三相交流电波形图

C 三相CZ 是C B C 相电流其第2第3第4第550周。

三相交流电与旋转磁场箭头动画

以上动画是用箭头来表示旋转磁场的方向与大小，三相交流电产生旋转磁场的动画还有用磁力线表示的动画，下图为用磁力线表示的动画截图

三相交流电与旋转磁场磁力线动画截图

下面请观看三相交流电与旋转磁场磁力线的动画

三相交流电与旋转磁场磁力线动画

以上图片与动画中定子的三相绕组是独立的，实际应用中三相绕组是按三角形或星形接法。 需要改变旋转磁场的方向时，只需将接入的三相交流电中任意两相进行交换，旋转磁场就会向相反的方向旋转。

交变电流的产生和描述(含答案)

第1课时交变电流的产生和描述 导学目标 1.能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式.2.能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算． 一、交变电流的产生和变化规律 [基础导引] 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是() A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C．线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零 D．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大 [知识梳理] 1．交变电流 大小和方向都随时间做__________变化的电流．如图1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示． 图1

2．正弦交流电的产生和变化规律 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕________________方向的轴匀速转动． (2)中性面：①定义：与磁场方向________的平面． ②特点：a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为______，感应电动势为______．b.线圈转动一周，________经过中性面．线圈每经过____________一次，电流的方向就改变一次． (3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为__________曲线．如图1(a)所示． 思考：由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？ 二、描述交变电流的物理量 [基础导引] 我们日常生活用电的交变电压是e ＝2202sin 100πt V ，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是________． ①交流电的频率是50 Hz ②交流电压的有效值是220 V ③当t ＝0时，线圈平面恰好与中性面平行 ④当t ＝1 50 s 时，e 有最大值220 2 V ⑤电流每秒方向改变50次 [知识梳理] 1．周期和频率 (1)周期T ：交变电流完成________________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒 (s)．公式：T ＝2π ω. (2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的________，单位是赫兹(Hz)． (3)周期和频率的关系：T ＝________或f ＝________. 2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一________的值，是时间的函数． (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的________． (3)有效值：让交流与恒定电流分别通过________的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的________相等，则这个恒定电流I 、恒定电压U 就是这个交流的__________． (4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I ＝____________，U ＝____________，E ＝____________. (5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值. 考点一 正弦交流电的变化规律 考点解读

三相交流电产生的旋转磁场

三相交流电产生的旋转磁场 Three-phase Rotating Magnetic Field 应用最广泛的电动机就是三相交流电动机，三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋转的。 三相交流电由A、B、C三相组成，按每个交流周期360度算，每相间距120度，下面是三相交流电波形图，黄色为A相波形，绿色为B相波形，红色为C相波形，我国使用的三相交流电频率是50赫兹。 三相交流电波形图 三相交流电通过三相绕组来产生旋转磁场，三相绕组由三个嵌在电动机定子铁芯上的线圈组成，下面是一个三相交流电动机模型的定子，在定子内圆有6个嵌线槽，分别嵌有A、B、C三相线圈，三个线圈按120度分布，黄色线框AX是A相线圈，绿色线框BY是B 相线圈，红色线框CZ是C相线圈。线框的A、B、C端为线圈入端，X、Y、Z端为线圈出端。 三相绕组示意图 在三个线圈通上三相交流电后，在定子铁芯中间会形成一个旋转磁场，下图展示三相交流电与旋转磁场的动画截图。在A相线圈端口输入的是A相电流IA，在端口有箭头标明电流的方向；在B相线圈端口输入的是B相电流IB，在端口有箭头标明电流的方向；在C 相线圈端口输入的是C相电流IC，在端口有箭头标明电流的方向。在定子铁芯中间有A相电流形成的黄色磁场箭头，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向；同样绿色与红色箭头分别代表B相与C相的磁场强度与方向；紫蓝色的箭头是A、B、C三相的合成磁场，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向。在动画中可看到三相电流的变化、三相磁场的变化及合成的旋转磁场。 这里展示五幅截图，以A相起点为0度，第1幅是是0度的截图：

三相交流电与旋转磁场动画截图（0度） 第2幅是是105度的截图： 三相交流电与旋转磁场动画截图（105度） 第3幅是是180度的截图： 三相交流电与旋转磁场动画截图（180度） 第4幅是是255度的截图： 三相交流电与旋转磁场动画截图（225度） 第5幅是是300度的截图： 三相交流电与旋转磁场动画截图（300度） 交流电每变化一周磁场旋转一周，输入的三相交流电是50赫兹，产生的旋转磁场是每秒50周。 下面请观看三相交流电与旋转磁场箭头的动画 三相交流电与旋转磁场箭头动画 以上动画是用箭头来表示旋转磁场的方向与大小，三相交流电产生旋转磁场的动画还有用磁力线表示的动画，下图为用磁力线表示的动画截图 三相交流电与旋转磁场磁力线动画截图 下面请观看三相交流电与旋转磁场磁力线的动画

三相交流电基础知识

第四节 三相交流电路 工业上应用最多的交流电是三相交流电。单相交流电实际上也是三相交流电的一部分。三相交流电有很多优点：例如三相电机比同尺寸的单相电机输出功率大，性能好；三相交流电的输送比较经济；既节约了有色金属又降低电能损耗等。 一、 、 三相交流三相交流三相交流电电的产生 三相交流电一般由三相发电机产生。其原理可由图1-46说明。发电机定子上有U1-U2、V1-V2、W1-W2三组绕组，每组绕组称为一相，各相绕组匝数相等、结构一样，对称地排放在定子铁芯内侧的线槽里。在转子上有一对磁极的情况下，三相绕组在排放位置上互差120o 。转子转动时U1-U2、V1-V2、W1-W2绕组中分别都产生同样的正弦感应电动势。但当N极正对哪一相绕组时，该相感应电动势取得最大值。显然，V相比U相滞后120o ，W相比V相滞后120o ，U相比W滞后120o 。 三相电动势随时间变化的曲线如图1-47所示。这种大小相等、频率相同、但在相位上互差120o 的电动势称为对称三相电动势。同样，最大值相等、频率相同、相位相差120o 的三相电压和电流分别称为对称三相电压和对称三相电流。 图1-46 三相交流电发电机示意图 图1-47 三相交流电波形 三相交流电动势在时间上出现最大值的先后次序称为相序。相序一般分为正相序、负相序、零相序。 最大值按U—V—W—U顺序循环出现的为正相序。最大值按U—W—V—U顺序循环出现的为负相序。如令三个相电压的参考极性都是起始端U1、V1、W1为正，尾端U2、V2、W2为负，又令U1—U2绕组中的电动势e u ，为参考正弦量，那么，三个相电压的函数表达式为：

三相旋转磁场

12131057 陈管杰 三相旋转磁场 【实验目的】 了解磁场的叠加性，电磁感应及电动机原理。 【操作与现象】 1．打开电源开关，给三对线圈通以380伏交流电，先将一个钢球放入磁场中心，观察其转动情况； 2. 放入另一个钢球，观察两个钢球转动和相互作用的情况； 3. 实验结束，定时器将自动关闭电源。 【实验原理】 定子有三个线圈绕组，接通电源后，在绕组中有对称的三相电流流过（“对称”是指各相电流的幅值相等，相位差为120°），三对线圈通以交流电后产生旋转磁场，金属球在旋转磁场中发生电磁感应产生涡流。 三相旋转磁场 图29-2 各相电流随时间变化的曲线和向量图

这三个相位不同的变化电流感应在定子中心产生的 磁场有下列关系： ()j t B B m A +=0sin ω ()()?-??-=30sin 30cos 120sin j i t B B m B ω ()()?-?-?-=30sin 30cos 240sin j i t B B m C ω 则合成的磁场为三者的矢量和，即 ()2 sin cos 3t j t i B B B B B m C B A ωω+-=++= 在直角坐标系中，B 的方向为t tg ω-。可见B 是一个旋转的磁场，它以角速度ω在平面内旋转，即合成了一个旋转磁场，以三相交流电频率ω旋转。因此放入两个钢球后，两个钢球相当于两个转子，旋转磁场切割转子导体，使转子产生感应电流，再由感应电流产生力矩，其方向同旋转磁场。若两个小球被同相磁极磁化，则会产生排斥分开；被异相磁极磁化则分相互吸引，由于三相磁场方向的不断变化，实验中会观察到两个小钢球不断地合拢与分开。 【注意事项】 易受磁场作用的物品要远离仪器。 【应用实例】 三相异步电动机中就有旋转磁场，是电能和转动机械能之间相互转换的基本条件。 图29-3 磁场的向量图

82阵列永磁体产生旋转磁场的机理及实验

阵列永磁体产生旋转磁场的机理及实验 张炜 （浙江大学宁波理工学院 315100） 摘要：诊疗微机器人外磁主动驱动是一种可行的重要的驱动方式，而如何产生合适的外部磁 场是一个比较复杂的问题。相对于目前常用的通过电磁线圈组合产生驱动磁场方式，本文提 出了一种新的简单可行的永磁体组合产生旋转磁场方法，即圆周阵列永磁体并将其调整到对 应的初始方位角后，同步转动在阵列中心区域产生旋转磁场，作为微机器人的主动驱动场。 对于阵列中心区域的磁感应强度分布，本文作了理论分析和数值计算，并搭建了实验台。实 验表明，采用边长为50mm高为18mm的钕铁硼永磁体阵列，阵列数为6，阵列直径为275mm 时，可以在±50×±50×±20mm3阵列中心区域可以产生一个大小120Gs均匀磁场，该磁场与 永磁体同步旋转但是方向相反。这种新的磁场产生方法可以用于微机器人特别是诊疗微机器 人的驱动，具有广泛的应用前景。 关键字：永磁体、阵列、旋转磁场、驱动 1前言 目前，人体诊疗机器人的发展方向是功能化和主动运动[1, 2]。从主动运动角度而言，微机器人的能量获取是关键问题之一，内置能量单元是一种解决方式，但是随着微机器人的体积越来越小，留给内置能量单元的空间也越来越有限了，从而利用体外能量场特别是电磁场对诊疗微机器人运动进行主动控制越来越受到重视。 对于体内诊疗微机电系统，外部磁场驱动是一种非常有前景的驱动方式。对于体内微机器人而言，外部磁场驱动方式主要包括直接拖动、周期振荡驱动、旋转驱动等。简晓云[3]提出使用亥姆霍兹线圈以及麦克斯韦对的组合线圈形成强度梯度的磁场直接拖动诊疗机器人。张永顺等人[4, 5]提出了基于振动原理的外磁场控制微机器人行走的技术。Sendoh等人[6-9]使用正交的三轴亥姆霍兹线圈通电在其线圈内部合成一个旋转磁场。在随后的研究中，Sendoh等人使用磁沾射方法对更加微小的螺旋机构表面进行磁化，并在较大雷诺数范围的液体中进行了实验。为了驱动的平稳性以及可控性，要求外部磁场必须是均匀的，而且易于调节方向等。 目前，通常利用组合线圈在其内部区域得到所需要的磁场，这时直流线圈发热将消耗一大部分能量。作者[10-13]提出了外部旋转磁场驱动胶囊微机器人的方法，本文讨论旋转磁场的产生，将采用永磁体组合产生磁场，提出一种新的旋转磁场产生方法，即通过永磁体圆周阵列并且同步转动在阵列中心区域产生旋转磁场。 2永磁体圆周阵列方法 下面给出阵列方法，首先约定永磁体与阵列平面之间的方位，然后给出永磁体具体的配置方法。 2.1永磁体与阵列面方位约定 图1规定阵列永磁体磁化方向、阵列平面以及永磁体自转中心三者关系，取阵列平面垂直于纸面，永磁体磁化方向的中心线处于阵列平面上，而永磁体的自转中心线垂直于阵列平面，并且上述两条中心线通过体积中心点。 图1 阵列永磁体磁化方向、阵列平面以及永磁体自转中心三者关系示意图 Fig.1 Relationships of the array plane, magnetized direction, and self-rotating axis of each permanent magnet 2.2圆周阵列永磁体的布置 下面说明圆周阵列（圆周半径为r0）的n个永磁体的布置方法及步骤，如图2.a所示： 1.建立固定的全局坐标系oxyz，以及随永磁体转动的局部坐标系o i x i y i z i，(i=1,2,?,n)，两类坐标系x轴均

交流电的产生与描述

3．交变电流的产生与描述 一、交变电流的产生和变化规律 1．交变电流：大小和________都随时间做____________变化的电流，简称交流． 2．正弦式交变电流 (1)定义：按_______________________变化的交变电流，简称正弦式电流． (2)产生：将闭合矩形线圈置于________磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中就会产生正(余)弦交变电流． (3)中性面：与磁场方向___________的平面． ①线圈平面位于中性面时，穿过线圈的磁通量_________，磁通量的变化率为________，感应电动势为__________，其中E m＝___________ ②线圈转动一圈，经过中性面两次，内部电流方向改变两次． ③线圈平面与中性面垂直时，磁感线与线圈平面__________，穿过线圈的磁通量为__________，但磁通量变化率____________，感应电动势___________ (4)正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)： ①电动势e随时间变化的规律为e其中E m＝_______ ②电压u随时间变化的规律为u＝__________ ③电流i随时间变化的规律为i＝__________ . ④正弦式交流电的电动势e，电流i和电压u其规律可用图表示．(正弦交流电 的图象) 例1．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则 A．电压表的示数为220 V B．电路中的电流方向每秒钟改变50次 C．灯泡实际消耗的功率为484 W D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J 例2．如图所示，交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场 的磁感应强度为B，线圈匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为 R.当线圈由图中实线位置匀速转动90°到达虚线位置过程中，求：

三相交流电的基本概念和三相负载的连接方式

课题：4-1三相交流电的基本概念 4-2三相负载的连接方式 班级：1323级 时间：3-4周 课时：2节 课型：新授 教具:挂图及三角板 教法：灵活授课法 教学重点：了解三相交流电的产生,掌握三相负载的连接方法. 教学难点：掌握三相负载的连接方法及计算. 教学目的: 了解三相交流电的产生,掌握三相负载的连接及特点 授课过程: 组织教学：清点人数整顿教学秩序（1分钟） 复习相关内容;(5分钟) 三相发电机的绕组主要是星形接法,三相负载有星形连接和三角形连接法, 进行提问： 1.纯电感电路电压与电流的相位关系 2.纯电感电路电压与电流的相位关系 本节授课内容（170 分钟）：

3-4三相交流电的基本概念 一、交流发电机简介 发电机的基本组成部分是磁极和线圈(线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢)。电枢转动、而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。磁极转动、而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露着的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。这种发电机提供的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千伏到几十千伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。所以，大型发电机都是旋转磁极式的。 发电机的转子是由蒸汽机、水轮机或其它动力机带动的。动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能传送给外电路。 二.交流电的产生及正弦交流电的概念 1．对称三相电动势 振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为

三相异步电动机旋转磁场的产生 教案

寿光市职业教育中心学校职场导学 教学设计 课程名称：电工电子技术与技能 课题：三相异步电动机旋转磁场的产生 主讲教师：杨倩 日期：2018.03.07

寿光市职业教育中心学校职场导学教学设计（专业课参考）

2 任务 实施 步 骤 1 回顾三相异步电动机的基本结 构，提问： （1）三相异步电动机的基本结构 有哪些？ （2）各部分的作用是什么？ 引导同学回顾之前所学内容： （1）三相异步电动机的基本结构有 哪些？ （2）各部分的作用是什么？ 接下来我们先来分析一下电动机 的工作原理。旋转磁场是本章学习 的关键。理解电动机的工作原理， 首先应重点掌握旋转磁场的产 生、旋转磁场极对数、旋转磁场 的转速以及旋转磁场的转向。 步 骤 2 掌握三相异步电动机旋转磁 场的产生条件。 一、旋转磁场的产生条件 1、首先给三相异步电动机的三相 绕组通入三相交流电，所通的三相电 流的有效值相等，频率相等，相位彼 此相差120°，如下图。 2、下图（a）是三相异步电动机定子 绕组的空间分布，（b）图是绕组的联 结。 步 骤 3 根据老师的讲解，学会分析 三相电流通过三相绕组，在 wt=0°时所产生的合成磁场的情 况。 二、旋转磁场的原理 1、研究旋转磁场的产生，关键是分析 三相电流通过三相绕组时，在不同时 刻所产生的合成磁场的情况。 2、规定： （1）电流的正方向： 首端流入，尾端流出为正方向；反 之，则为负方向。 （2）电流垂直纸面： 电流流入画×，电流流出画·。 3、讲解wt=0°时的合成磁场情况。

步骤4 每组同学根据老师讲解分析 讨论不同时刻的合成磁场的情 况。 分析完，每组派一个同学上 黑板画出不同时刻的合成磁场情 况。 小组活动： 五小组分别分析，wt=60°、 wt=90°、wt=180°、wt=270°和 Wt=360°时的合成磁场的情况。 步骤5 每组同学讲解自己的分析过 程，老师点评。 每组同学讲解自己的分析过程， 老师点评。 根据之前的结果，观察一下旋转磁场 连续变化的过程。 3 任务 总结 任 务 展 示 （1）定子绕组不同时刻的合成 磁场情况。 （2）分析旋转磁场的产生。 总结三相异步电动机旋转磁场产 生的条件和原理。 任 务 拓 展 想想练练：当磁极对数p=2时定子 绕组任意时刻的合成磁场情况是 怎样的？ 思考一下，当磁极对数p=2时定 子绕组任意时刻的合成磁场情况是怎 样的？ 学 习 小 结 三相异步电动机： （1）旋转磁场产生的条件。 （2）旋转磁场的原理。 三相异步电动机： （1）旋转磁场产生的条件。 （2）旋转磁场的原理。 布置作业《学海领航》高考试题回放教学反思

10-1交流电的产生及描述

10-1交流电的产生及描述 一、选择题 1．下列四幅图是交流电的图象，其中能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是() [答案] C [解析]我国居民日常生活所用的是正弦式交流电，其电压的有效值是220V，最大值为311V，周期为0.02s，所以只有C正确．2．如下图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是()

[答案]AC [解析]线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴(轴在线圈所在平面内)匀速转动，产生的正弦交变电动势为e＝BSωsinωt，由这一原则判断，A图和C图中感应电动势均为e＝BSωsinωt；B图中的转动轴不在线圈所在平面内；D图转动轴与磁场方向平行，而不是垂直． 3．(2011·盐城模拟) 阻值为1Ω的电阻上通一交变电流，其i－t关系如上图，则在0～1s内电阻上产生的热量为() A．1J B．1.5J C．2J D．2.8J [答案] D [解析]0～1s内产生的热量为Q＝(12×1×0.4＋22×1×0.6)J＝

2.8J，故选D. 4．(2011·南昌模拟) 如上图所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，边ad在轴OO′上，若线圈绕轴匀速转动，产生的交流电动势e＝E m sinωt，如果将其转速增加一倍，其他条件保持不变，则电动势的表达式为() A．e＝2E m sinωt B．e＝2E m sin2ωt C．e＝E m sinωt D．e＝E m sin2ωt [答案] B [解析]设原来转速为n，则角速度ω＝2πn，感应电动势的峰值E m＝NBSω 当转速增加一倍，即为2n时，其角速度 ω′＝2π×2n＝2ω 此时，感应电动势的峰值E′m＝NBS·2ω＝2E m，可见，此时电动势e＝E m′sinω′t＝2E m sin2ωt，故选项B正确． 5．(2011·深圳模拟) 如上图所示的交流电u＝311sin(314t＋π/6)V，接在阻值220Ω的

三相正弦交流电动势的产生

6-1三相正弦交流电动势的产生 一、教学目的： 1、了解三相交流发电机的工作原理 2、掌握三相电源的星形连接及其特点 二、教学重点： 1、三相电压的产生及其表示方法 三、教学难点： 1、线电压和相电压之间的关系 四、教学过程： 本章要点：本章从三相交流发电机的原理出发，介绍三相交流电动势的产生和特点，并着重讨论负载在三相电路中的连接问题。 本章的基本要求是: 1、了解三相交流电源的产生和特点。 2、掌握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。 3、掌握三相对称负载星形联结和三角形联结时，负载相电压和线电压、负载相 电流和线电流的关系。 4、掌握对称三相电路电压、电流和功率的计算方法，并理解中性线的作用。 5、在已知电源电压和负载额定电压的条件下，会确定三相负载的连接方式。 6、认识安全用电的重要性，了解电气设备常用的安全措施。 新课导入 三相正弦交流电路是在单相正弦交流电路的基础上学习的，两者有密切的联系。电能的生产、输送和分配几乎全部采用三相制，为此首先应了解三相制的优点和应用概况，充分认识到三相交流电在生产实际中的重要性。 什么是三相交流电源呢?概括地说，三相交流电源是三个单相交流电源按一定方式进行的组合，这三个单相交流电源的频率相同、最大值相等、相位彼此相差120°。 新课讲授 （一）三相交流电动势的产生 三相交流电动势是由三相交流发电机产生的。 如图是一台最简单的三相交流发电机的示意图。 和单相交流发电机一样，它自定子(磁极)和转子(电枢)组成。发电机的转子绕组有U l 一U 2，V l 一V 2，W l 一W 2三个，每一个绕组称为一组，各相绕组匝数相等、结构相同，它们的始端（U l 、V l 、W l ）在空间位置上彼此相差120°，它们的末端（U 2、V 2、W 2）在空间位置上也彼此相差120°。 当转子以角速度ω逆时针方向旋转时，在转子绕组中将产生感应电动势，各相电动势的瞬时值表达式为： e 1=E m sin ωt e 2=E m sin （ωt －120°） e 3=E m sin （ωt ＋120°） 这样的三个电动势叫对称三相电动势。它们的相量图和波形图，如图所示。

电路基础(第4版_王慧玲)教学资源 思考与练习10-3解答

思考与练习（10-3） 10-3-1（11-3-1）脉动磁场与旋转磁场最大的不同是什么？ 答：与三相异步电动机定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场不同，单异步电动机的定子绕组通入单相电流后，只会产生脉动磁场，这个脉动磁场可以认为是由两个大小相等、转速相同、但转向相反的旋转磁场合成的。当转子静止时，两个旋转磁场分别在转子上产生两个转矩，其大小相等、方向相反，合成转矩为零。所以，转子不能自行起动。单相异步电动机转动的关键是产生一个起动转矩。 10-3-2（11-3-2）证明相位差为90°的电流i 1和i 2的，流过空间相隔90°的两个绕组，能产生一个旋转磁场？ 答：设工作绕组的电流i 1的初相位为零，则起动绕组的电流i 2的初相位为90°，即 i 1=I m1sin ωt A i 2=I m2sin （ωt+90°）A 作出i 1和i 2的波形图如图1所示。相位差为90°的电流i 1和i 2的，流过空间相隔90°的两个绕组。分析如下： （1）ωt =0°时，i 1=0，i 2= I m2，i 2方向左进右出，在电机内形成的N 在上，S 在下的垂直状态的磁极，如图2（a ）； （2）ωt =45°时，i 1=i 2= I 45°为正，i 1的方向上进下出，i 2的方向左进右出，在电机内形成NS 磁极由垂直状态顺时针转过45°，如图2（b ）； （3）ωt =90°时，i 1= I m1，i 2= 0，i 1的方向上进下出，在电机内形成的N 在右，S 在左的水平状态的磁极，较ωt =0时垂直状态磁极顺时针转过90°，如图2（c ）。 可见，ωt =0°时，ωt =45°时，ωt =90°时，电机内磁极由0°→45°→90°顺时针旋转，所以说相位差为90°的电流i 1和i 2的，流过空间相隔90°的两个绕组，能产生一个旋转磁场。 图1 电流的波形图 ωt =0 1 2 Φ n 0 ωt =45° 1 2 Φ ωt =90° n 0 1 2 Φ i 1 i ωt i 2 0 45° 90°

10.1交变电流的产生和描述

课题1 交变电流的产生和描述 知识与技能目标： 1、熟悉交变电流产生的条件、特点以及其表达式； 2、掌握狡辩电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值，及其应用特点。 〖导 学 过 程〗 知识点回顾 一、交变电流、交变电流的图像 1.交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流。 2.正弦式交变电流的产生和图像 （1）产生：在匀强磁场里，线圈绕 磁场方向的轴匀速转动。 （2）两个特殊位置的特点 I.线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ ，ΔΦ Δt ＝ ，e ＝ ，i ＝ ，电流方向 . II.线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝ ，ΔΦ Δt ，e ，i ，电流方向 . （3）电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变 次. （4）交变电动势的最大值：E m ＝ ，与转轴位置无关，与线圈形状无关. （5）交变电动势随时间的变化规律：e ＝ .（从中性面位置开始计时） （6）图像：线圈从中性面位置开始计时，如图甲、乙、丙所示。 二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值 1.周期和频率 (1)周期(T )：交变电流完成 变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T ＝ 。 (2)频率(f )：交变电流在1 s 内完成周期性变化的 。单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系：T ＝ 或f ＝ 。 2.交变电流的瞬时值、峰值和有效值

新授： 一、正弦交变电流的产生及变化规律 1.交流电产生过程中的两个特殊位置 2.正弦式交变电流的变化规律 磁通量：Φ＝Φm cos ωt ；电动势：e ＝E m sin ωt ；电流：i ＝I m sin ωt 。 【例1】如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO ′与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度B ＝1 T ，线圈所围面积S ＝0.1 m 2，转速12 r/min 。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为( ) A.e ＝12πsin 120t (V) B.e ＝24πsin 120πt (V) C.e ＝0.04πsin 0.4πt (V) D.e ＝0.4πcos 2πt (V)

三相交流电动机旋转磁场

三相交流电动机的旋转磁场 应用最广泛的电动机就是三相交流电动机，三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋转的。 三相交流电由A、B、C三相组成，按每个交流周期360度算，每相间距120度，下面是三相交流电的波形图，黄色为A相波形，绿色为B相波形，红色为C相波形，我国使用的三相交流电频率是50赫兹。 三相交流电通过三个线圈来产生旋转磁场，线圈嵌在定子铁芯上，下面是一个三相交流电动机模型的定子，在定子内圆有6个嵌线槽，分别嵌有A、B、C 三相线圈，三个线圈按120度分布，黄色是A相线圈，绿色是B相线圈，红色是C相线圈。

在三个线圈通上三相交流电后，在定子铁芯中间会形成一个旋转磁场，下图展示三相交流电与旋转磁场的动画截图。在A相线圈端口输入的是A相电流IA，在端口有箭头标明电流的方向；在B相线圈端口输入的是B相电流IB，在端口有箭头标明电流的方向；在C相线圈端口输入的是C相电流IC，在端口有箭头标明电流的方向。在定子铁芯中间有A相电流形成的黄色磁场箭头，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向；同样绿色与红色箭头分别代表B相与C相的磁场强度与方向；紫蓝色的箭头是A、B、C三相的合成磁场，其长度代表磁场强度，指向为磁场的方向。在动画中可看到三相电流的变化、三相磁场的变化及合成的旋转磁场。 这里展示四幅截图，以A相起点为0度，第1幅是是0度的截图： 第2幅是是105度的截图：

第3幅是是180度的截图：

第4幅是是255度的截图： 第5幅是是300度的截图：

交流电每变化一周磁场旋转一周，输入的三相交流电是50赫兹，产生的旋转磁场是每秒50周。 三相交流电与旋转磁场的动画见下载视频文件。 三相交流电与旋转磁场的动画还有用磁力线表示的动画，下图为其截图

旋转磁场原理————学生作业

旋转磁场的原理 电流激发磁场，磁感应强度的大小与电流成正比；交变电流激发交变磁场。 载流螺线管的磁场沿轴线方向。 电动机旋转磁场对应的物理模型 A 、C 、E 三对互成120°螺线管，接入三相对称交流电。（每对串联或并联） 磁场为三个交变磁场的叠加，三个磁场的方向互成120°，三个磁场的振幅相等，相位互差120°。 1.图示三个磁场的正方向。 2.根据A 的电流0A I I con t ω=，列表表示三个电流的相位。 时间 0 T/36 T/18 T/12 T/9 5T/36 T/6 A C E 3.列表表示三个磁场的磁感应强度的大小。 时间 0 T/36 T/18 T/12 T/9 5T/36 T/6 A C E 4.分别画出0，T/36，T/18，和T/12四个时刻的磁场叠加的矢量图，并计算叠加后磁感应强度的大小和方向，再将结果填入表中；根据对称性确定T/9 、5T/36和 T/6三个时刻的磁场的大小和方向。 时间 0 T/36 T/18 T/12 T/9 5T/36 T/6 磁场大小 磁场方向 计算36 T t = 时磁场的过程 画出此时的三个磁场的示意图。建立OXY 坐标系，Y 轴沿C 磁场的方向，X 轴垂直于C 磁场的方向。 三个磁感应强度在Y 轴的投影分别是：0.34cos60o 、0.98和0.64cos60o ； 在X 轴的投影分别是：0.34sin 60o -、0和0.64sin 60o 。 计算投影之和：0.34cos600.980.64cos600.98 1.5o o y B =++=? 0.34sin 6000.64sin 600.300.866o o x B =-++=? 计算磁感应强度大小 ： 2222 20.866(0.300.866)(0.98 1.5) 1.5[( )0.98]5 B =?+?=+ 1.50.9951B ==?， 所以： 1.50.9951 1.493 1.5B =?=≈，误差为：1.493 1.50.0051.5 -= 计算磁感应强度与Y 轴正向的夹角 ：0.98 1.5 cos cos0.9848100.9951 1.5 o arc arc ?=≈?

高中物理《交变电流的产生及描述》教学设计

用评价促进学生的学习、教师的教学 ——以高三一轮复习《交变电流的产生及描述》为例 【教学目标】 1、能够用切割和磁通量的变化率的两种观点推导线圈在磁场中转动产生感应电动势的规律。 2、能够用函数、图像、物理量不同途径对交变电流进行描述。 3、从热效应的角度说出交变电流有效值的物理意义，并且能够加以运用求出给定交变电流的有效值。 【课堂实录】 创设情境，引发回忆：用手摇发电机演示交流电的产生过程。模型建立，提供平面图。 教师用PPT 给出例题 例1．一交流电的产生原理如图说示，匀强 磁场的磁场强度为B ，矩形线圈以角速度ω 逆时针转动。线圈AB 边长为L 1，线圈AD 边长为L 2。线圈从中性面面转动开始计时， t 时刻线圈中的感应电动势为多大？（你可以用两种方法进行推导） （给学生足够的审题时间，先全体思考后提问学生） T ：t 时刻线圈的感应电动势选用哪个公式求解？还可以选用其他公式求解吗？ 提示：切割的观点：经时间t ，线圈转过的角度？哪两根导线切割磁感线，导线在该时刻的速度及切割速度分别为多少?每根导线切割磁感线产生的电动势为？两根导线上的电动势是累加还是抵消？ S ：选用动生切割表达式，关注速度垂直磁感线的分量。 T 磁通量的变化率的观点：t 时刻，线圈磁通量的表达式？0 →???Φ t t 即()t Φ对t A B C D

的求导。 S：磁通量变化率即对磁通量变化的求导，经老师提示修改为对磁通量的求导两学生黑板板演 S：评价前两位学生的推导 T：用PPT向学生展示“拓展研究”：两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、 方向始终与两边的运动方向垂直。 这种辐向磁场中线圈产生的感应电 动势和刚刚推导的感应电动势有什 么区别？ S：速度始终和磁场垂直，速度不需要再分解。 T：电动势的大小变化吗？ S：变化 教师纠正 继续对推导出的线圈的感应电动势的瞬时表达式进行研究。 T:如果线圈有N匝？如果以CD边为转轴？如果线圈是圆形？感应电动势瞬时表达式是什么形式呢？ S：在原有感应电动势的瞬时表达式上在乘以N，以CD边为转轴、线圈是个圆形感应电动势的表达式不变。 T：很好，教师引导学生说出判断的理由。 T：我们可以有哪些途径、方法对这样的交变电流进行描述？ S：函数、图像 T：用PPT打出下图函数图象 T：补充还可以用物理量进行描述，如最大值、频率、周期、有效值等 T：由图像说出感应电动势什么时候有最大值？

三相正弦交流电习题与答案精

三相正弦交流电 一、选择题： 1．下列结论中错误的是（）。 A. 当三相负载越接近对称时，中线电流就越小。 B. 当负载作Y 联接时，必须有中线。 C. 当负载作Y 联接时，线电流必等于相电流。 D 、？ 2．下列结论中错误的是（）。 A. 当负载作△联接时，线电流为相电流的3倍。 B. 当三相负载越接近对称时，中线电流就越小。 C. 当负载作Y 联接时，线电流必等于相电流。 3．下列结论中正确的是（）。 A. 当三相负载越接近对称时，中线电流就越小。 B. 当负载作△联接时，线电流为相电流的倍。 C. 当负载作Y 联接时，必须有中线 4．下列结论中正确的是（）。 A. 当负载作Y 联接时，线电流必等于相电流。 B. 当负载作倍。3△联接时，线电流为相电流的 联接时，必须有中线。当负载作C. Y 5．已知对称三相电源的相电压u A =10(ω60° V ，相序为A ─B ─C ，则当电源星形联接时线电压u 为

（）V 。 A. 17.32(ω30° B. 10(ω90° C. 17.32(ω90° D. 17.32(ω150° 6．对称正序三相电压源星形联接，若相电压u A =100 (ω60°V ，则线电压u =（）V 。 A. 100 3(ω60° B. 100(ω30° C. 1003(ω150° D. 100 3(ω150° 7．在正序对称三相相电压中，u A 2(ω90°，则接成星形时，其线电压u 为（）。 A. U (ω60° B. U 6(ω30° C. U 2(ω30° D. U 2(ω60° 9．对称正序三相电压源星形联接，若相电压u A =100 (ω60°V ，则线电压u =（）V 。 A. 1003(ω150° B. 1003(ω90° C. 100 (ω90° D. 100 (ω150° 10．若要求三相负载中各相电压均为电源相电压，则负载应接成（）。 A. 三角形联接 B. 星形无中线 C. 星形有中线 11．若要求三相负载中各相电压均为电源线电压，则负载应接成（）。 A. 星形无中线 B. 星形有中线 C. 三角形联接 12．对称三相交流电路，三相负载为△连接，当电源线电压不变时，三相负载换为Y 连接，三相负载的相

电工数模竞赛论文--旋转磁场与电路

论文题目：旋转磁场与电路

旋转磁场与电路 摘要：本文在全面分析所选竞赛题的基础上，对永磁体发电机在突然开路，突然加负荷，稳态运行以及部分甩负荷等各种运行状态进行了研究和讨论，并系统地分析了各参数的变化对运行状态的影响。根据已知条件可列出电势平衡方程，转矩平衡方程式和功率平衡方程式，得出了l, r, a, b, B, L, R, n等参数对电路和运行状态的影响。本文使用MATLAB 软件系统进行了求解和形象演示。 关键词:电工数学建模；永磁体发电机；运行状态分析；MATLAB软件

1.问题的重述 在自然界的各种能源中,电能具有大规模集中生产,远距离经济传输,智能化自动控制的突出特点,它成为人类生产和生活中的主要能源,而且对近代人类文明的不但已产生和发展产生了重要的作用.与此相呼应,作为电力传输,生产,使用和电能特性变换的核心装备,电机在现代社会所有行业和部门中占有着越来越重要的地位.对于电机的投入电网以及甩掉负荷时电机中各分量的变化的研究就越显重要。 我国的稀土矿的储藏量是世界各国总和的4倍以上，同时我国稀土永磁材料已达到国际先进水平，随着永磁材料热稳定性和耐腐蚀性的改善及价格的逐步降低，使得永磁发电机在国防、工农业生产和曰常生活方面得到了广泛的应用，与电励磁发电机相比，稀土永磁发电机具有体积小、结构简单、运行可靠、损耗小、效率高等诸多特点，因此它的问世不仅可以替代部分传统的励磁电机，而且还可以实现电励磁发电机难以达到的高技术性能。所以对永磁电机进行研究和探讨具有理论价值和实际应用价值。 本论文对于一个简化的单相永磁电机进行了建模和仿真。 “旋转磁场与电路”是2005年电工数模竞赛的A题。该题目中，认为转子在其表面附近形成一个均匀磁场，磁感强度为B，方向垂直于通过两槽底中线的平面；在计算转动惯量时，转子的槽可忽略，按圆柱计。 图1－1 为方便讨论，将问题（1）到问题（6）复述如下 （1）转子转速恒定，外电路突然开路时，求出线圈感生电动势的时间表达式； （2）初始转速为n，在t=0时突然接通外电路（A 1、B 1 分别与A 2 、B 2 相接），且 不再给转子输入能量，转子靠惯性运动。求出任何时刻转子的角速度，电路的电流；转子的角速度何时小于10 –3 ？ （3）接通外电路，转子以转速n匀速转动时，需给转子输入多少功率？任何 时刻，A 1B 1 间的电压是多少？电路的电流是多少？磁力矩是多少？ （4）在（3）的状况下，开断外电路一个电阻，系统的变化情况如何？给出转 子的运动状态，给出A 1，B 1 间的电压、电路的电流；系统能不能一直运行？ 系统状态如何演变？电阻上消耗的功率是多少？ （5）在（2）、（3）的状态下，参数l，r, a, b, B, L, R, n分别对电路的影

交变电流的产生和描述练习(高考真题)

交变电流的产生和描述练习 1.(2012·贵阳质检)如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO ′以恒定的角 速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行的位置开始计时，则在t ＝π ω 时刻( ) A ．线圈中的感应电动势最小 B ．线圈中的感应电流最大 C ．穿过线圈的磁通量最大 D ．穿过线圈磁通量的变化率最小 2.如图所示，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( ) A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B ．线圈先后两次转速之比为3∶2 C ．交流电a 的瞬时值为u ＝10sin5πt (V) D ．交流电b 的最大值为5 V 3.如图所示的电路中，A 是熔断电流I 0＝2 A 的保险丝，R 是可变电阻，S 是交流电源。交流电源的内阻不计，其电动势随时间变化的规律是e ＝2202sin314t V 。为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( ) A ．110 2 Ω B ．110 Ω C ．220 Ω D ．220 2 Ω 4.矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是( ) A ．交流电压的有效值为36 2 V B ．交流电压的最大值为36 2 V ，频率为0.25 Hz C ．2 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大 D ．1 s 末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快 5．(2011·天津高考)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则( ) A ．t ＝0.005 s 时线框的磁通量变化率为零 B ．t ＝0.01 s 时线框平面与中性面重合 C ．线框产生的交变电动势有效值为 311 V D ．线框产生的交变电动势频率为 100 Hz 6．在如图甲所示的电路中，电阻R 的阻值为50 Ω，在ab 间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法 中正确的是( ) A ．交流电压的有效值为100 V B ．电流表示数为2 A

永磁同步电机原理

永磁同步电机原理、特点、应用详解 电机对于工农业来说至关重要，本文将会对电机的定义、分类、电机驱动的分类进行简介，并详细介绍永磁同步电机的原理、特点以及应用。 电机的定义 所谓电机，顾名思义，就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性；当电能被转换成机械能时，电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子，定子绕组，转速传感器以及外壳，冷却等零部件组成。 电机的分类 按结构和工作原理划分：直流电动机、异步电动机、同步电动机。 按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 交流电机还可分：单相电机和三相电机。 直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。 电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钻永磁直流电动机。 按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。 交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机

永磁同步电机 所谓永磁，指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输入电流频率，电动汽车的车速将最终被控制。而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。 永磁同步电动机的特点 永磁电动机具有较高的功率/质量比，体积更小，质量更轻，比其他类型电动机的输出转矩更大，电动机的极限转速和制动性能也比较优异，因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象，有可能降低永磁电动机的性能。另外，稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料，制造成本不太稳定 永磁同步电机与异步电机 除了永磁同步电机，异步电机也因特斯拉的使用而被广泛关注。与同步电机相比起来，电机转子的转速总是小于旋转磁场（由定子绕组电流产生）的转速。因此，转子看起来与定子绕组的电流频率总是“不一致”，这也是其为什么叫异步电机的原因。 相比于永磁同步电机，异步电机的优点是成本低，工艺简单；当然其缺点就是其功率密度与转矩密度要低于永磁同步电机。而特斯拉Models为何选用异步电机而不是永磁同步电机，除了控制成本这个主要原因之外，较大的Models车体能够有足够空间放的下相对大一点的异步电机，也是一个很重要的因素。 永磁同步电动机怎样产生动力？ 在交流异步电动机中，转子磁场的形成要分两步走：第一步是定子旋转磁场先在转子绕组中感应出电流；第二步是感应电流再产生转子磁场。在楞次定律的作用下，转子跟随定子旋转磁场转动，但又“永远追不上”，因此才称其为异步电动机。如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的，而是自己产生的，则转子磁场与定子旋转磁场无关，而且其磁极方向是固定的，那么根据同性相斥、异性相吸的原理，定子的旋转磁场就会拉动转子旋转，并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场“同步”旋转。这就是同步电动机的工作原理。 根据转子自生磁场产生方式的不同，又可以将同步电动机分为两种： 一是将转子绕组通上外接直流电（励磁电流），然后由励磁电流产生转子磁场，进而使转子与 定子磁场同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。 二是干脆在转子上嵌上永久磁体，直接产生磁场，省去了励磁电流或感应电流的环节。这种由永久磁体产生转子磁场的同步电动机，就称为永磁同步电动机。