單相交流電
單相交流電 電路中只具有單一的交流電壓,在電路中產生的電流,電壓都以一定的頻率隨時間變化。比如在單個線圈的發電機中(即只有一個線圈在磁場中轉動)。 中文名 單相交流電外文名Single-Phase Alternative Current單一的交流電壓電路中產生的電流電 壓一定的頻率隨時間變化特 點只具有單一的交流電壓.
目錄
概念
產生原理
交流發電機(如圖所示)利用電磁感應原理工作,磁極同機座固定在一起構成定子,轉動軸鐵芯與線圈固定在一起構成轉子。當轉子以ω角速度轉動1周時,線圈的兩個邊各轉動經過一次N極和S極,並且因切割磁力線而產生感應電動勢,根據右手定則可知,線圈經過N極和S極時,感應電動勢的方向相反,且經過N極和S極時,線圈垂直切割磁力線,這時,感應電動勢最大,線圈經過中心位置時,不切割磁力線,不產生感應電動勢,所以轉子每轉1周,感應電動勢的方向和大小就變化1周,即感應電動勢作周期性變化。若線圈起始位置角度為φ(初相角),則線圈產生的電壓為: [2] 。
單相交流發電機原理
一台最簡單的發電機,它有一對磁極N、S,有一組N匝線圈,兩個滑環和兩個電刷,線圈兩端分別接到兩個滑環上,滑環固定在轉軸上與轉軸絕緣。每一個滑環放着一個靜止的電刷,利用滑環與電刷的滑動接觸,將線圈和負載連接。線圈固定、磁極旋轉的發電機,當原動機帶動磁極旋轉時,線圈不斷地切割磁力線產生感應電動勢,由於外接負載形成閉合迴路,就有電流流通。電流的大小和線圈在磁場中的位置有關,當線圈和磁極平行時,不切割磁力線,因此不產生電流。如果線圈與磁場垂直時,則線圈切割磁力線最多,電流就最大,再由最大到零。再旋轉則切割磁力線方向開始改變,電流方向也開始轉變。故此不斷地循環旋轉,就產生了大小和方向不斷變化的交流電。因為只有一組線圈,所以只產生一相交流電,故稱為單相交流電。
交流電的三要素
在交流電的瞬時值表達式中Um、ω、φ能形象具體地描述交流電,同時也是交流電進行比較區分的依據,稱為交流電的三要素。 周期、頻率和角頻率 交流電交變一次所需要的時間稱為周期,用T表示,單位為秒(s)。交流電在1秒內變化的次數稱為頻率,用f表示,單位為(赫茲)Hz,常用單位有(千赫)kHz、(兆赫)MHz。 周期和頻率互為倒數關係,即,由於交流電一個周期經歷的電角度為360°即2π弧度,所以角頻率,角頻率的單位為弧度每秒(rad/s)。 在我國電力網供電系統中,交流電的標準頻率為50Hz,習慣上稱為工頻,周期為0.02秒。有的國家的電力網採用工頻為60Hz,如日本、美國等 [3] 。
最大值和有效值
交流電的大小隨線圈的轉動而變化,交流電在某一瞬時的值叫瞬時值,用小寫字母表示。把瞬時值中的最大的值叫做交流電的最大值,用帶下標m的大寫字母表示,如Um、Im等。為反映實際效果,工程上通常用有效值表示交流電的大小。有效值定義如下:分別把一個交流電流和一個直流電流通過相同的電阻R,若在相同的時間T內,電阻產生的熱量相等,則交流電流的有效值就和直流電流的大小相等,有效值也稱方均根值,用大寫字母表示。根據定義,經計算得到交流電的最大值等於其有效值的 倍,即 , , 。實際工程中所說的交流電壓、電流的大小,若無特殊說明,均指交流電的有效值。如交流電氣設備上所標的額定電壓和額定電流,電工儀表所指示或顯示的數值等都是有效值 [4] 。
相位和初相角
線圈在磁場中轉過的角度反映了交流電變化的進程,確定了交流電每一瞬間的狀態,稱為相位角,簡稱相位。t=0時的相位角φ稱為初相角,簡稱初相。初相與計時起點有關,計時起點不同,初相角也不同,交流電的初始狀態也就不同。兩個同頻率的交流電可以進行相位之間的比較,它們間的相位之差叫相位差,用字母表示。設兩個同頻率的交流電壓和交流電流分別為 , ,則相位差為 。 相位差表示了兩個交流電的變化進程的不同: 1)若 ,則稱電壓與電流同相。 2)若 ,則稱電壓超前電流,或電流滯後電壓。 3)若 ,則稱電壓與電流正交。 4)若 ,則稱電壓與電流反相 [5] 。