交流电方向和大小为什么会不断变化?
什么交流电方和大小向会一直变化呢?这个就得从交流发电机的原理来分析了。
交流发电机原理
在讲交流发电机的原理之前,首先要复习一下电磁感应现象。
电磁感应现象是这样描述的:一根导线在磁场中垂直作切割磁感线运动,那么该导线两端就会产生一个感应电动势(可以简单理解成产生一个电压)。这个电动势(电压)的大小和磁场强度、导线切割磁场速度及线圈匝数等有关,它的方向可以用右手定则来判定。
右手定则:伸出右手,让四指和大拇指垂直并处于同一平面上。让磁感线穿过掌心,大拇指指向导体运动方向,那么四指所指的方向就是电流方向。
很多朋友把左手定则和右手定则搞混乱,我们只需要记住判断力的方向用左手,其他都用右手就可以了。
电流方向变化
搞明白这个以后,然后我们再来看交流发电机的原理。(为了简便,这里就以单相发电机为例)
假设发电机线圈一直按逆时针旋转,那么在上图这个状态,ab边是朝下运动,cd边朝上运动,磁场方向为从N极指向S极。根据右手定则可以得出,ab边感应电动势方向为a--b,cd边感应电动势方向为c--d。此时电灯两端电流从1流入、从2流出。
当线圈旋转180度以后,变成上图这个状态。此时,ab边是朝上运动,cd边朝下运动,磁场方向依然是从N极指向S极。根据右手定则可以得出,ab边感应电动势方向为b--a,cd边感应电动势方向为d--c。此时电灯两端电流从2流入、从1流出,方向已经发生改变。
当线圈再次旋转180度,线圈位置又回到了第一个图片的状态,电流方向也回到第一个图片的状态。如果线圈一直旋转,那么交流电的电流就会一直变化。
从上面分析可以得出,当线圈旋转一圈,交流电方向刚好变化一次。如果交流发电机一秒钟旋转50圈,那么电流也跟着变化50次,也就是我们常说的频率为50HZ(赫兹)。
电流大小变化
既然发电机的发电是来自于线圈切割磁感线,那么发电的电流大小必然和磁感线相关。实际上,发电机的电流大小和单位时间内切割磁感线的数量成正比,即当线圈切割的磁感线越多,产生的电流就越多。
如下图所示:
当发动机转子旋转时,线圈进行切割磁感线的运动,随着线圈与y轴的夹角越来越大,切割的磁感线的数量就会越来越少,产生的电流也就会越来越少。当旋转至x轴下方时电流又会越来越大,因为切割的磁感线数量会变大。
当绿线与y轴的夹角θ越来越大,红线与绿线的比值sin(θ)j就会变大,假设红线长度(水平位移距离)为y,那么y=sin(θ)*绿线长度,由于绿线长度恒定不变(假设为10),那么y= 10*sin(θ),也就是说,电流大小随转动角度变化的函数时一条正弦函数,所以说交流电叫做正弦交流电
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