电源技术之正弦波形（一）

电源

本帖最后由 o_dream 于 2020-9-18 12:55 编辑

如果此单线导体在固定磁场中移动或旋转，则由于导体通过磁通量的运动，会在导体内引起“ EMF”（电动势）。

从中我们可以看到，电与磁之间存在着某种关系，正如迈克尔·法拉第（Michael Faraday）发现“电磁感应”的作用一样，正是这种基本原理，电机和发电机用于为我们的主电源生成正弦波形。

在《电磁感应》教程中，我们说过，当单根导线穿过永久磁场从而切断其磁通线时，就会在其中感应出一个EMF。

但是，如果在点A和B的情况下导体与磁场平行移动，则不会割断磁通线，也不会在导体中感应出EMF，但是如果导体与磁场成直角移动，则如图2所示。在点C和D的情况下，最大磁通量被切断，从而产生最大的感应电动势。

同样，当导体以A和C点（0和90 o）之间的不同角度切割磁场时，感应电动势的量将介于此零和最大值之间。然后，导体内感应的电动势的大小取决于导体与磁通量之间的夹角以及磁场强度。

交流发电机使用法拉第电磁感应的原理将诸如旋转的机械能转换为正弦波形的电能。一个简单的发电机由一对永磁体组成，它们在北极和南极之间产生固定的磁场。在该磁场内部是单个矩形线圈，可以绕固定轴旋转，从而可以如下所示切割各种角度的磁通量。

基本单线圈交流发电机

当线圈绕垂直于磁场的中心轴逆时针旋转时，随着线圈的旋转，线圈会切断在北极和南极之间建立的磁力线，成不同角度。在任何时刻，回路中的感应电动势量都与导线回路的旋转角度成正比。

随着该线环的旋转，线中的电子沿环的一个方向流动。现在，当线环旋转超过180 o点并沿相反的方向越过磁力线时，线环中的电子发生变化并沿相反的方向流动。然后，电子运动的方向确定感应电压的极性。

因此，我们可以看到，当环路或线圈物理旋转一整圈或360 o时，会产生一个完整的正弦波形，并且每旋转一圈，就会产生一个波形周期。当线圈在磁场中旋转时，通过碳刷和滑环将电连接到线圈，碳刷和滑环用于传递在线圈中感应的电流。

感应到切割磁力线的线圈中的EMF量由以下三个因素决定。

速度 –线圈在磁场中旋转的速度。
强度 –磁场强度。
长度 –穿过磁场的线圈或导体的长度。

我们知道电源的频率是一个周期在一秒钟内出现的次数，并且该频率以赫兹为单位。当产生感应电动势的一个周期时，如上所述，线圈通过包括北极和南极的磁场每旋转一圈，如果线圈以恒定的速度旋转，则每秒将产生恒定的周期数，从而给出恒定的频率。因此，通过增加线圈的旋转速度，频率也将增加。因此，频率正比于旋转速度，（ ƒαΝ ）其中Ν=转

另外，我们上面的简单单线圈发电机只有两个极，一个北极和一个南极，仅提供一对极。如果我们在上面的发电机上增加更多的磁极，使其现在总共有四个磁极，两个北极，两个南极，那么对于线圈的每转，将以相同的转速产生两个周期。因此，频率与发电机的磁极对数成正比（ ƒ∝ P ），其中P =“极对数”。

从这两个事实可以说，交流发电机的输出频率为：

其中：Ν是以rpm转速P是“对极”和60名将其转换为秒的数量。

瞬时电压

在任何时刻在线圈中感应出的EMF都取决于线圈切割磁极之间的磁通线的速率或速度，并且取决于发电设备的旋转角度Theta（ θ ）。由于AC波形会不断改变其值或幅度，因此任何时间点的波形都将具有与其下一个时间点不同的值。

例如，1ms的值将不同于1.2ms的值，依此类推。这些值通常是已知的作为瞬时值，或者V 我然后波形的瞬时值以及其方向将根据在磁场内的线圈的位置，如下所示而变化。

线圈在磁场中的位移

正弦波形的瞬时值以“瞬时值=最大值x sinθ”的形式给出，并通过公式进行了概括。

其中，V max是线圈中感应的最大电压，θ=ωt，是线圈相对于时间的旋转角度。

如果我们知道波形的最大值或峰值，则可以使用上面的公式来计算沿波形各个点的瞬时值。通过将这些值绘制到方格纸上，可以构建正弦波形形状。

为了使事情简单，我们将在每旋转45 o时绘制正弦波形的瞬时值，从而绘制8个点。同样，为简单起见，我们假定最大电压V MAX值为100V。以较短的间隔绘制瞬时值，例如每30 o（12个点）或10 o（36个点），将导致更准确的正弦波形构造。

正弦波形构造

线圈角度（θ）	0	45	90	135	180	225	270	315	360
e =Vmax.sinθ	0	70.71	100	70.71	0	-70.71	-100	-70.71	-0

正弦波形上的点是通过从0 o和360 o之间的各种旋转位置投影到与角度θ相对应的波形的纵坐标，并且当线圈或线圈旋转一整圈或360时获得的o，产生一个完整的波形。

从正弦波形图可以看出，当θ等于0 o，180 o或360 o时，由于线圈切割了最小的磁通线，因此生成的EMF为零。但是当θ等于90 o和270 o时，随着最大通量的减少，所产生的EMF达到最大值。

因此，正弦波形在90 o处具有正峰值，在270 o处具有负峰值。位置B，D，F和H生成与以下公式相对应的EMF值：e =Vmax.sinθ。

然后，由我们简单的单回路发生器产生的波形形状通常称为正弦波，因为它的形状是正弦波。这种波形称为正弦波，因为它基于数学中使用的三角正弦函数（ x（t）=Amax.sinθ ）。

在时域中处理正弦波，尤其是与电流相关的正弦波时，沿波形水平轴使用的测量单位可以是时间，度数或弧度。在电气工程中，更常用弧度作为沿水平轴而不是角度的角度测量。例如，ω = 100 rad / s或500 rad / s。

电源技术之正弦波形（二）

王栋春 · 2020-9-18 12:55:40

资料不错如果可以的话打包发帖更好

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