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1、不问收获，但问耕耘，最好的资料给最好的自己！交流电原理 交流电原理.doc时间：20XX年X月X日交流电原理 交流电原理.doc 时间：2021-07-23 09:29:59 简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹。交流电随时间变化的形式可以是多种多样的。不同变化形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。以正弦交流电应用最为广泛，且其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后，化成为正弦交流电的迭加。正弦电流（又称简谐电流），是时间的简谐函数i=Imsin（t+0）当线圈在磁场中匀速转动时，线圈里就产生大
2、小和方向作周期性改变的交流电。 现在使用的交流电，一般是方向和强度每秒改变52赫兹。我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中，交流电用符号表示。电流i随时间的变化规律，由此看出：正弦交流电需用频率、峰值和位相三个物理量来描述。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率（或能量）的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点，因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻，而且有电容元件和电感元件，使用的元件多了，现象和规律就复杂了。【交流电的频率和周期】频率是表示交流电随时间变化快慢的物理量。即交流电每秒钟变化的次数叫频率，用符号f表示。它的单位为周
3、秒，也称赫兹常用“Hz”表示，简称周或赫。例如市电是50周的交流电，其频率即为f=50周秒。对较高的频率还可用千周（kC）和兆周（MC）作为频率的单位。1千周（kC）=103周秒1兆周（MC）=10千周（kC）=106周秒例如，我国第一颗人造地球卫星发出的讯号频率是20.009兆周，亦即它发出的是每秒钟变化20.009106次的交变讯号。交流电正弦电流的表示式中I = Imsin（t+0）中的称为角频率，它也是反映交流电随时间变化的快慢的物理量。角频率和频率的关系为 =2f。交流电随时间变化的快慢还可以用周期这个物理量来描述。交流电变化一次所需要的时间叫周期，用符号T表示。周期的单位是秒。显然
4、，周期和频率互为例数，即由此可见，交流电随时间变化越快，其频率f越高，周期 T越短；反之，频率f越低，周期T越长。【交流电流的峰值】 简谐函数（又称简谐量）是时间的周期函数。其简谐电流i=Imsin（t）中的Im叫做电流的峰值，i为瞬时值。应该指出，峰值和位相是按上式中Im为正值的要求定义的。如对下面形式的函数i=-5sin（t+）不应认为峰值为-5、初相为+，而应把函数先写成i=5sin（t+）从而看出其峰值为5，初位相为。【交流电流的有效值】在交流电变化的一个周期内，交流电流在电阻R上产生的热量相当于多大数值的直流电流在该电阻上所产生的热量，此直流电流的数值就是该交流电流的有效值。例如在同
5、样两个电阻内，分别通以交流电i（t）和直流电I，通电时间相同，如果它们产生的总热量相等，则说这两个电流是等效的。交流电的有效值通常用U或（I）来表示。U表示等效电压，I表示等效电流。设一电阻R，通以交流电i，在很短的一段时间dt内，流经电阻R的交流电可认为是恒定的，因此在这很短的时间内在R上产生的热量 dW=i2Rdt在一个周期内交流电在电阻上产生的总热量而直流电I在同一时间T内在该电阻上产生的热量W=I2RT根据有效值的定义有所以有效值根据上式，有时也把有效值称为“平均根值”。对正弦交流电，有i=Imsint，故而其中可见正弦交流电的有效值等于峰值的0.707倍。通常，交流电表都是按有效值来
6、刻度的。一般不作特别说明时，交流电的大小均是指有效值。例如市电220伏特，就是指其有效值为220伏特，【交流电的平均值】交流电在半周期内，通过电路中导体横截面的电量Q和其一直流电在同样时间内通过该电路中导体横截面的电量相等时，这个直流电的数值就称为该交流电在半周期内的平均值。对正弦交流电流，即i=Imsint，则平均值与峰值的关系为故，正弦交流电的平均值等于峰值的0.637倍。对正弦交流电来说在上半周期内，一定量的电量以某一方向流经导体的横截面，在下半周期内，同样的电量却以相反的方向流经导体的横截面。因而在一个周期内，流经导体横截面的总电量等于零，所以在一个周期内正弦交流电的电流平均值等于零。
7、如果直接用磁电式电表来测量交流电流，将发现电表指针并不发生偏转。这是因为交流电流一会儿正，一会儿为负，磁电式电表的指针无法适应。如果附有整流器的磁电式电表（例如万用电表中的交流档）接入交流电路中如图346所示。那么在一周期内，只有正半周的电流通过电表，如图347中的实线所示，负半周期电流则过二极管D2而不通过表，图347中的虚线所示。在一周期内通过电表的电流平均值为即半波整流后交流电的平均值和最大值的关系为而交流电的有效值和最大值的关系为 所以 即正弦交流电经半波整流后的平均值只有有效值的0.45倍。【位相】在交流电中iImsin（t+）中的（t+）叫做位相（位相角）。它表征函数在变化过程中某
8、一时刻达到的状态。例如，在 阶段，当t+=0时达到取零值的阶段，等等。是t=0时的位相，叫初相。在实际问题中，更重要的是两个交流电之间的位相差。图318画出了电压ul和u2的三种不同的位相差。图348a中可看到两个电压随时间而变化的步调是一致的，同时到达各自的峰值，又同时下降为零。故称这两个电压为同位相，也就是说它们之间的位相差为零。348b中两个电压随时间变化的步调是相反的，u1为正半周时，u2为负半周，u1达到正最大值时，u2达到负的最大值，则这两个电压的位相相反，或者说它们之间的位相差为。图348c中两个电压的变化步调既不一致也不相反，而是有一个先后，它们之间的位相差介于0与之间。从图3
9、48c中可以看出u1和u2之间的位相差是2。总之，两个交流电压或电流之间的位相差是它们之间变化步调的反映。【交流电路中的电阻】纯电阻电路是最简单的一种交流电路。白炽灯、电炉、电烙铁等的电路都可以看成是纯电阻电路。虽然纯电阻的电压和电流都随时间而变，但对同一时刻，欧姆定律仍然成立，即的波形如图349b所示。对纯电阻电路有：（1）通过电阻R的电流和电压的频率相同；（2）通过电阻R的电流峰值和电压峰值的关系是的电流和电压同位相。图349a为纯电阻电路示意图。【交流电路中的电感】如图350所示，一个忽略了电阻的空心线圈和交流电流源组成的电路称为“纯电感电路”。在纯电感电路中，电感线圈两端的电压u和自感
10、电动势eL间（当约定它们的正方向相同时）有u=-eL因自感电动势故有如果电路中的电流为正弦交流电流i=Imsint，则其中Um=ImL为电感两端电压的峰值。纯电感电路中的电压和电流波形如图351所示。由此可见，对于纯电感电路：（1）通过电感L的电流和电压的频率相同；（2）通过电感L的电流峰值和电压峰值的关系是Um=ImL其有效值之间的关系为U=IL由上式可知，纯电感电路的电压大小和电流大小之比为L称为电感元件的阻抗，或称感抗，通常用符号XL表示，即XL=L=2fL。式中，频率f的单位为赫兹，电感L的单位为亨利，感抗XL的单位为欧姆。这说明，同一电感元件（L一定），对于不同频率的交流电所呈现的感
11、抗是不同的，这是电感元件和电阻元件不同的地方。电感元件的感抗随交流电的频率成正比地增大。电感元件对高频交流电的感抗大，限流作用大，而对直流电流，因其f=0，故XL=0，相当短路，所以电感元件在交流电路中的基本作用之一就是“阻交流通直流”或“阻高频通低频”。各种扼流圈就是这方面应用实例；（3）在纯电感电路中，电感两端的电压位相超前其电流位的变化成正比，而不是和电流的大小成正比。对于正弦交流电，当电流i当电流为零时，其变化率为最大，电压也最大。所以两者的相【交流电路中的电容】当把正弦电压u=Umsint加到电容器时，如图352所示，由于电压随时间变化，电容器极板上的电量也随着变化。这样在电容器电路
12、中就有电荷移动。如果在dt时间内，电容器极板上的电荷变化dq，电路中就要有db的电荷移动，因此电路中的电流对电容器来说，其极板上的电量和电压的关系是q=CU因此有其中Im=UmC为电路中电流的峰值。纯电容电路中的电压和电流波形如图353所示。由此可见，对于纯电容电路：（1）通过电容C的电流和电压的频率相同；（2）通过电容C的电流峰值和电压峰值的关系是Im=UmC其有效值之间的关系为I=UC由上式可知，纯电容电路中的电压大小与电流大小之比为表示，即式中频率f的单位为赫兹，电容C的单位是法拉，容抗Xc的单位为欧姆。可见，同一电容元件（C一定），对于不同频率的交流电所呈现的容抗是不同的。由于电容器的
13、容抗与交流电的频率成反比，因此频率越高，容抗就越小，频率越低，容抗就越大。对直流电来讲f=0，容抗为无限大，故相当于断路。所以电容元件在交流电路中的基本作用之一就是“隔直流，通交流”或“阻低频，通高频”；（3）率成正比，而不是和电压的大小成正比。对于正弦交流电，当电压为零【交流电路中的欧姆定律】在交流电路中，电压、电流的峰值或有效值之间的关系和直流电路中的欧姆定律相似，其等式为U=IZ或该式就是交流电路中的欧姆定律。应该注意的是（即与直流电路欧姆定律不同的地方）：由于电压和电流随元件不同而具有位相差，所以电流和电压的有效值之间一般不是简单的数量的比例关系。下面分两种基本电路来分析：（1）在串联
14、电路中，如图354所示，R、L、C上的总电压不等于各段分电压的和，即UURUL+Uc。压，决不是各个元件上电压的代数和而是矢量和。在电阻R上在电感L上，ZL=L图355所示；（2）在并联电路中，如图356所示，在R、L、C上每个元件两端的瞬时电压都相等为U。每分路之间的电流和两端电压之间的关系为不同元件上电流的相位也各有差异。纯电感上电流相位落后于纯电阻电流所以分电流的矢量和即总电流【交流电功率】 在交流电中电流、电压都随时间而变化，因此电流和电压的乘积所表示的功率也将随时间而变化。交流电功率可分为：瞬时功率、有功功率、视在功率（又叫做总功率）以及无功功率。（1）瞬时功率（Pt）。由瞬时电流和
15、电压的乘积所表示的功率。Pt=i(t)u(t)，它随时间而变。对任意电路， i与u之间存在着相位差i（t）=Imsint，u（t）=Umsin（t）。即在纯电阻电路中，电流和电压之间无相位差，即=0，瞬时功率Pt=IU位时间内所用的能量，或在一个周期内所用能量和时间的比。在纯电阻电路中，纯电阻电路中有功功率和直流电路中的功率计算方法表示完全一致，电压和电流都用有效值计算。以上说明电感电路和电容电路中能量只能在电路中互换，即电容与电源、电感与电源之间交换能量，对外无能量交换，所以它们的有功功率为零。对一般电路的平均功率为（3）视在功率（S）。在交流电路中，电流和电压有效值的乘积叫做视在功率，即S
16、=IU。它可用来表示用电器本身所容许的最大功率（即容量）。（4）无功功率（Q）。在交流电路中，电流、电压的有效值与它们的相位差的正弦的乘积叫做无功功率，即Q = IUsin。它和电路中实际消耗的功率无关，而只表示电容元件、电感元件和电源之间能量交换的规模。有功功率，无功功率和视在功率之间的关系，可由图357所示的“功率三角形”来表示。【功率因数】它是发电机输送给负载的有功功率和视在功率的比，即可见功率因数cos是反应电能利用率大小的物理量。提高用电设备的功率因数就可以提高发电机总功率中的有功功率。【变压器】 两个（或多个）有互感耦合的静止线圈的组合叫做变压器。变压器的通常用法是一个线圈接交变电源而另一线圈接负载，通过交变磁场把电源输出的能量传送到负载中。接电源的线圈叫做原线圈，接负载的线圈叫做副线圈。
