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− | '''交流电'''简称为AC。交流电也称“交变电流”,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。但实际上还有应用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。<ref>[http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171225607244.html 交流电之父——特斯拉对交流电的贡献],电子发烧友网,2017年12月25日</ref> | + | '''交流电'''(''' alternating current''' ), 简称为AC。交流电也称“交变电流”,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。但实际上还有应用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。<ref>[http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171225607244.html 交流电之父——特斯拉对交流电的贡献],电子发烧友网,2017年12月25日</ref> |
− | 当发现了电磁感应后,产生交流电流的方法则被发现。早期的成品由尼古拉·特斯拉、迈克尔·法拉第与波利特·皮克西等人开发出来。其中,波利特·皮克西在1832年基于迈克尔·法拉第的原理制造了第一台交流电机。 | + | 当发现了[[ 电磁感应]] 后,产生交流电流的方法则被发现。早期的成品由[[ 尼古拉·特斯拉]] 、[[ 迈克尔·法拉第]] 与[[ 波利特·皮克西]] 等人开发出来。其中,波利特·皮克西在1832年基于迈克尔·法拉第的原理制造了第一台交流[[ 电机]] 。 |
=='''基本信息'''== | =='''基本信息'''== | ||
+ | 中文名:交流电 | ||
− | + | 外 文名 :Alternating Current | |
− | + | 产生原理 :[[电磁感应原理]] | |
− | + | 工频 : 50Hz | |
− | + | 大小表示 : 有效值 | |
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=='''发展历史'''== | =='''发展历史'''== | ||
+ | [[File:ZXXKCOM201708311102370199406.png|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&src=tab_www&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&ancestor=list&cmsid=807e3bf5ff396ba5f7bc256cc170d61a&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=1e9b0487c47b21365124ba72e7222335&currsn=0&ps=79&pc=79 原图链接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&lmsid=d92315f007723f4e&lm_extend=ctype%3A3%7Clmbid%3A0 图片来源于360搜索网]]] | ||
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+ | 当发现了[[电磁感应]]后,产生交流[[电流]]的方法就被知晓。早期的成品由[[英国]]人[[麦可·法拉第]](Michael Faraday)与[[法国]]人[[波利特·皮克西]](Hippolyte Pixii)等人开发出来。 | ||
− | + | 1882年,[[英国]]电工[[詹姆斯·戈登]]建造 了 大型双相 交流[[发 电 机]] 。 开尔文勋爵 与 塞巴斯蒂安 · 费兰蒂(Sebastian Ziani de Ferranti )开发 早期交流发电机,[[频率]]介于100[[赫兹]]至300赫兹之间 。 | |
− | + | 1891 年,[[尼古拉·特 斯 拉]]取得 了交流[[ 发电机]]的专利 。<ref>[http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171225607244.html 交流电之父——特 斯 拉对 交流 电的贡献],电子 发 烧友网,2017年12月25日</ref> | |
− | 1891年, | + | 1891年 后 , 多相 交流发电机 被用来供应[[电流]],此后 的交流 发 电 机的 交流电 流频率通常设计在16赫兹至100赫兹间,搭配[[弧光灯]]、[[白炽灯]] 或[[ 电 动机]]使用。 |
− | + | 根据[[ 电磁感应定律]] ,当导体周围的[[ 磁场]] 发生变化,感应电流在导体中产生。通常情况下,旋转磁体称为转子,导体绕在[[ 铁芯]] 上的线圈内的固定组,称为定子,当其跨越磁场时,便产生电流。产生交流电的基本机械称为交流发电机。 | |
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− | 根据电磁感应定律,当导体周围的磁场发生变化,感应电流在导体中产生。通常情况下,旋转磁体称为转子,导体绕在铁芯上的线圈内的固定组,称为定子,当其跨越磁场时,便产生电流。产生交流电的基本机械称为交流发电机。 | ||
=='''产生原理'''== | =='''产生原理'''== | ||
− | + | [[File:20110208203104-2094002365.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&src=tab_www&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&ancestor=list&cmsid=807e3bf5ff396ba5f7bc256cc170d61a&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=82c3e1ed3fcf348a08ad1ea82d0efdf4&currsn=0&ps=79&pc=79 原图链接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&lmsid=ae6ee2d77c130b51&lm_extend=ctype%3A3%7Clmbid%3A0 图片来源于360搜索网]]] | |
− | 交流电是根据电磁感应原理产生的,当闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,线圈里就产生大小和方向作周期性改变的正弦交流电。 | + | |
+ | 交流电是根据[[ 电磁感应原理]] 产生的,当闭合线圈在匀强[[ 磁场]] 中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,线圈里就产生大小和方向作周期性改变的正弦交流电。 | ||
交流电(alternating[ˈɔltərˌneɪt] current[ˈkɚrənt, ˈkʌr-]),简称为AC。交流电也称“交变电流”,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。 | 交流电(alternating[ˈɔltərˌneɪt] current[ˈkɚrənt, ˈkʌr-]),简称为AC。交流电也称“交变电流”,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。 | ||
− | 将一个可以绕固定转动轴转动的单匝线 | + | 将一个可以绕固定转动轴转动的单匝[[ 线 圈]]abcd 放置在匀强磁场中,为了避免在线圈转动过程中,两根引出的导线扭绞在一起,把线圈两根引线分别接到与线圈一起转动的两个铜环上,铜环通过[[ 电刷]] 与外电路连接。当线圈abcd在外力作用下,在匀强磁场中以角速度匀速转动时,线圈的ab边和cd边作切割[[ 磁感线]] 运动,线圈中产生感应[[ 电动势]] 。如果外电路是闭合的,闭合回路中将产生感应[[ 电流]] 。ad和bc边的运动不切割磁感线,则不产生感应电流。 |
− | 发电机产生的电动势按正弦规律变化,可以向外电路输送正弦交流电。应当指出,实际的发电机构造比较复杂,线圈匝数很多,而且嵌在硅钢片制成的铁心上,叫做电枢;磁极是由电磁铁构成的。一般多采用旋转磁极式,即电枢不动,磁极转动。<ref>[http://www.360doc.com/content/18/0706/20/31717958_768380652.shtml 正弦交流电的产生],个人图书馆网,2018-07-06</ref> | + | 发电机产生的电动势按正弦规律变化,可以向外电路输送[[ 正弦交流电]] 。应当指出,实际的[[ 发电机]] 构造比较复杂,线圈匝数很多,而且嵌在[[ 硅钢片]] 制成的铁心上,叫做电枢;磁极是由电磁铁构成的。一般多采用旋转磁极式,即电枢不动,磁极转动。<ref>[http://www.360doc.com/content/18/0706/20/31717958_768380652.shtml 正弦交流电的产生],个人图书馆网,2018-07-06</ref> |
=='''正弦交流电的表示方法'''== | =='''正弦交流电的表示方法'''== | ||
+ | [[File:1 171026084557 1.png|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&src=tab_www&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&ancestor=list&cmsid=807e3bf5ff396ba5f7bc256cc170d61a&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=8e3919baa3e0da2cb940db850038440a&currsn=0&ps=79&pc=79 原图链接][http://www.rituchina.com/news/rituxinwen/2017/1026/2457.html 图片来源于日图科技网]]] | ||
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+ | 大小与方向均随时间按正弦规律做周期性变化的[[电流]]、[[电压]]、[[电动势]]叫做正弦交流电流、电压、电动势,在某一时刻t的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示 | ||
− | + | i(t)=Imsin(ωt+ji0) | |
− | u(t)=Umsin(ωt+ju0 | + | u(t)=Umsin(ωt+ju0) |
− | + | e(t)=Emsin( ωt+je0) | |
− | + | 式中,Im、Um、Em分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做峰值或最大值),电流的单位为[[安培]](A),电压和电动势的单位为[[伏特]](V);ω叫做交流电的角频率,单位为弧度/秒(rad/s),它表征 正弦交流电 流每秒内变化的[[电角度]];ji0、ju0、je0分别叫做电流、电压、电动势 的 初[[相位]]或初相,单位为弧度rad或度(0) | |
− | + | 正弦交流电的三要素: 最大值、 [[ 角频率]] 、 初相位(初相) | |
=='''主要参数'''== | =='''主要参数'''== | ||
− | + | [[File:D9a6e99c39971f016f663f6649d9d8c6.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E5%8F%91%E7%94%B5%E6%9C%BA%E5%8E%9F%E7%90%86&src=srp&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E5%8F%91%E7%94%B5%E6%9C%BA%E5%8E%9F%E7%90%86&ancestor=list&cmsid=2d6b514777ea28f0600bbe98a0946a26&cmran=0&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=24&fsn=104&adstar=0&clw=255#id=d61bd0e7a2330ba3e11caa5778e9ec70&prevsn=0&currsn=104&ps=131&pc=58 原图链接][http://www.21ic.com/app/analog/201201/103295.htm 图片来源于中国电子网]]] | |
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1、瞬时值:交流电在某一个瞬间的数值称为瞬时值。 | 1、瞬时值:交流电在某一个瞬间的数值称为瞬时值。 | ||
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最大值一般用大写英文字母加右下标 Em、Um、Im来表示。 | 最大值一般用大写英文字母加右下标 Em、Um、Im来表示。 | ||
− | 3、有效值: 在交流电变化的一个周期内,交流电流在电 | + | 3、有效值: 交流电的有效值是通过热效应来定义的。 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。<ref> |
+ | [http://gaozhongwuli.com/zongjie/x32/481787.html 交流电的产生],高中物理网</ref> | ||
− | 通常,交流电表都是按有效值来刻度的。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。 | + | 有效值一般用大写英文字母E、 U、 I表示。 通常,交流电表都是按有效值来刻度的。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。 |
− | 4、平均值:用交流电的半个周期来计算 | + | 4、平均值:用交流电的半个周期来计算。 |
− | 5、 | + | 5、 周期(Cycle):正弦 交流电 循环变化一周所需要 的时间 叫做 周期 ; 单位是 秒(s) <ref>[http://www.rituchina.com/news/rituxinwen/2017/1026/2457.html 电源基础知识-交流电、三相电流],日图科技网,2019-10-26</ref> |
− | + | 6、[[频率]](Frequency):正弦 交流电 在 一 秒钟内循环变化 的 周数叫做 频率 ;单位是[[ 赫兹]](Hz ) 目前,我 国 生活工作用 电的频率 为50Hz 。 | |
=='''应用'''== | =='''应用'''== | ||
− | + | [[File:C2d26f5c20debce58c27d960d4478d26.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&src=tab_www&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&ancestor=list&cmsid=807e3bf5ff396ba5f7bc256cc170d61a&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=01088b0172d58c737cd9dbd14c83d6be&currsn=0&ps=79&pc=79 原图链接][https://www.xianjichina.com/news/details_60154.html 图片来源于贤集网]]] | |
− | 交流电开始得到广泛应用还是在19世纪80年代以后,那时相继发明了变压器、三相制、旋转磁场和异步电动机;交流电路理论也随着这些应用的需要而逐步建立,例如用相量表示正弦量的方法就是1893 | + | |
+ | 交流电开始得到广泛应用还是在19世纪80年代以后,那时相继发明了[[ 变压器]] 、三相制、旋转[[ 磁场]] 和异步[[ 电动机]] ;交流电路理论也随着这些应用的需要而逐步建立,例如用相量表示正弦量的方法就是1893 年[[C.P.施泰因梅茨]] 提出的。1907年三极[[ 真空]] 管的发明,为产生更高频率的交流电及其在无线电方面的应用提供了条件。 | ||
目前,在动力方面,绝大部分电力网都是交流的,因为交流电可以方便地变换电压;交流电机在结构上也比直流电机简单;在需要直流的地方还可以很方便地采用电子整流装置。中国1980年在东北建立的超高压输变电线路就是用的50万伏交流电。 | 目前,在动力方面,绝大部分电力网都是交流的,因为交流电可以方便地变换电压;交流电机在结构上也比直流电机简单;在需要直流的地方还可以很方便地采用电子整流装置。中国1980年在东北建立的超高压输变电线路就是用的50万伏交流电。 | ||
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在信息传输方面也时常用到交流电,例如载波通信的载波电流就是交流电。 <ref>[http://wenda.tianya.cn/question/7e04a2219d78881e 交流电产生和应用],天涯社区网,2009-12-09</ref> | 在信息传输方面也时常用到交流电,例如载波通信的载波电流就是交流电。 <ref>[http://wenda.tianya.cn/question/7e04a2219d78881e 交流电产生和应用],天涯社区网,2009-12-09</ref> | ||
− | 交流电被广泛运用于电力的传输,因为在以往的技术条件下交流输电比直流输电更有效率。传输的电流在导线上的耗散功率可用焦耳定律(P =I ²R)求得,显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限,很难降低目前使用的输电线路(如铜线)的电阻,所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IU(实际上有功功率 ),提高电网的电压即可降低导线中的电流,以达到节约能源的目的。 | + | 交流电被广泛运用于电力的传输,因为在以往的技术条件下交流输电比直流输电更有效率。传输的电流在导线上的耗散功率可用[[ 焦耳定律]] (P =I ²R)求得,显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限,很难降低目前使用的输电线路(如铜线)的[[ 电阻]] ,所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IU(实际上有功[[ 功率]] ),提高电网的电压即可降低导线中的电流,以达到节约能源的目的。 |
− | 而交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电。使用结构简单的升压变压器即可将交流电升至几千至几十万伏特,从而使电线上的电力损失极少。在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全,在进户之前再次降低至市电电压或者适用的电压供用电器使用。 | + | 而交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电。使用结构简单的升压变压器即可将交流电升至几千至几十万伏特,从而使电线上的电力损失极少。在城市内一般使用降压[[ 变压器]] 将电压降至几万至几千伏以保证安全,在进户之前再次降低至市电电压或者适用的电压供用电器使用。 |
=='''按相位分类'''== | =='''按相位分类'''== | ||
− | + | [[File:A84f84f5f499c913d39c843bc65f1928.png|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&src=tab_www&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&ancestor=list&cmsid=807e3bf5ff396ba5f7bc256cc170d61a&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=9cf0f4a4e6143f592bc00a7ff7e6d071&currsn=0&ps=79&pc=79 原图链接][http://www.civilcn.com/zhishi/jggc/1522219135355469.html 图片来源于土木工程网]]] | |
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目前各国使用的交流电相位主要为单相及三相。 | 目前各国使用的交流电相位主要为单相及三相。 | ||
− | 1、三相交流电 | + | 1、三相交流电: 电动势、电压及电流的最大值相等、频率相同,彼此之间有120°相位差的三个正弦交流电。<ref>[http://www.rituchina.com/news/rituxinwen/2017/1026/2457.html 电源基础知识-交流电、三相电流],日图科技网,2019-10-26</ref> |
− | 三相交流电,输电时只有三条火线,供电给客户时有三条火线和中线。只使用其中一条相线及中线,便是单相电。 | + | 三相交流电,输电时只有三条[[ 火线]] ,供电给客户时有三条火线和[[ 中线]] 。只使用其中一条相线及中线,便是单相电。火线如果相电压是220V,线[[ 电压]] 则是380V。 |
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三相电一般为三相四线。三个相线的符号为L1,L2,L3,也可以分别表示为A,B,C,分别代表相线1,相线2,相线3,L为Live Wire的缩写,零线的符号为N,为Neutral Wire的缩写。地线为E,为Earth的缩写。 | 三相电一般为三相四线。三个相线的符号为L1,L2,L3,也可以分别表示为A,B,C,分别代表相线1,相线2,相线3,L为Live Wire的缩写,零线的符号为N,为Neutral Wire的缩写。地线为E,为Earth的缩写。 | ||
− | 2、单相交流电 | + | 2、单相交流电 ;交流电(AC)是指大小和方向会随时间周期性变化的电压或电流。大多数的电器设备都是由交流220V、50Hz作为供电电源,这是我国公共用电的统一标准。 |
− | 单相交流电,其电缆有一条火线和一条中线,用于一般住宅及商业楼宇。[ | + | 单相交流电,其电缆有一条火线和一条中线,用于一般住宅及商业楼宇。<ref>[http://www.civilcn.com/zhishi/jggc/1522219135355469.html 直流电与交流电基础知识],土木工程网,2018-03-28</ref> |
单相电有火线和零线两条线,火线为L,为Live Wire的缩写,零线为N,为Neutral Wire的缩写。地线为E,为Earth的缩写,也可以写作PE,为Protecting Earth的缩写。 | 单相电有火线和零线两条线,火线为L,为Live Wire的缩写,零线为N,为Neutral Wire的缩写。地线为E,为Earth的缩写,也可以写作PE,为Protecting Earth的缩写。 | ||
=='''工频的来源'''== | =='''工频的来源'''== | ||
+ | [[File:T014496bc40d513f87e.png|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5%E7%9A%84%E8%BE%93%E9%80%81&src=srp&correct=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5%E7%9A%84%E8%BE%93%E9%80%81&ancestor=list&cmsid=9c6cfdabd8a39d2f9e4aaf44a51c8148&cmran=0&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=60&adstar=0&clw=255#id=9f9c7e78079a6ff42b2798863c24d0ce&prevsn=0&currsn=60&ps=117&pc=58 原图链接][https://www.in-en.com/article/html/energy-2262934.shtml 图片来源于国际能源网]]] | ||
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+ | 最早的商用交流电[[频率]]是60Hz,电压是110V,由美国西屋电气公司实现,商用交流电网也是在美国首次投入运营,而美国是采用英制单位的,为计算方便故采用了60Hz/110V的规格。 | ||
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+ | 商用交流电大获成功之后,欧洲迅速引进了交流发电、馈电技术,而[[欧洲]]除[[英国]]外均使用公制单位,为计算方便将频率改为了50Hz。后因110V电压较低,电网传输损耗较大,为改善这种状况,在交流电网没有大规模建设因而没有“负担”的欧陆国家采用了220V的电压规格,这是由110V倍压而来,技术改造相对最简单,于是在欧陆国家就形成了220V/50Hz的交流电网标准。 | ||
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+ | 中国最早的交流电网并没有统一的标准,只是局部的小型电网,设备由各发达工业国提供,规格五花八门,在蒋介石基本统一中国后,选定了[[公制]]为中国的度量衡标准,故电网的建设开始全面转向公制基础。1949年以后,中国的工业化全面转向苏联模式,电网建设也遵照苏联标准,而[[苏联]]采用的也是欧陆标准,于是 220V/50Hz最终定格为中国的电网标准。<ref>[http://www.ntsc.ac.cn/kxcb/kpcg/shijian/201209/t20120919_3647627.html 交流电的频率],中国科学院国家授时中心网,2012-09-19</ref> | ||
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+ | =='''相关视频'''== | ||
+ | 1、三相交流电的产生 | ||
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+ | {{#ev:youku|XNDMzMTA3ODE2OA|440|inline|三相交流电的产生 |frame}}<div style="float:right; margin:-10px 0 0 20px;"> | ||
+ | 2、什么是直流电交流电 | ||
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+ | {{#ev:youku|XNDMyMjQ2MzQ4OA|440|inline|什么是直流电交流电 |frame}}</div> | ||
− | + | == '''外部連結''' == | |
+ | *[http://www.civilcn.com/zhishi/jggc/1522219135355469.html 直 流电 与 交流电 基础知识] | ||
− | + | == '''參考來源''' == | |
+ | {{Reflist}} | ||
− | + | [[Category:330 物理學總論]] |
於 2022年8月17日 (三) 09:06 的最新修訂
交流電 | |
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交流電( alternating current ),簡稱為AC。交流電也稱「交變電流」,簡稱「交流」。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。但實際上還有應用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。[1]
當發現了電磁感應後,產生交流電流的方法則被發現。早期的成品由尼古拉·特斯拉、邁克爾·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。其中,波利特·皮克西在1832年基於邁克爾·法拉第的原理製造了第一台交流電機。
基本信息
中文名:交流電
外文名:Alternating Current
產生原理 :電磁感應原理
工頻 : 50Hz
大小表示: 有效值
發展歷史
當發現了電磁感應後,產生交流電流的方法就被知曉。早期的成品由英國人麥可·法拉第(Michael Faraday)與法國人波利特·皮克西(Hippolyte Pixii)等人開發出來。
1882年,英國電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發電機。開爾文勳爵與塞巴斯蒂安·費蘭蒂(Sebastian Ziani de Ferranti)開發早期交流發電機,頻率介於100赫茲至300赫茲之間。
1891年後,多相交流發電機被用來供應電流,此後的交流發電機的交流電流頻率通常設計在16赫茲至100赫茲間,搭配弧光燈、白熾燈或電動機使用。
根據電磁感應定律,當導體周圍的磁場發生變化,感應電流在導體中產生。通常情況下,旋轉磁體稱為轉子,導體繞在鐵芯上的線圈內的固定組,稱為定子,當其跨越磁場時,便產生電流。產生交流電的基本機械稱為交流發電機。
產生原理
交流電是根據電磁感應原理產生的,當閉合線圈在勻強磁場中繞垂直於磁場的軸勻速轉動時,線圈裡就產生大小和方向作周期性改變的正弦交流電。
交流電(alternating[ˈɔltərˌneɪt] current[ˈkɚrənt, ˈkʌr-]),簡稱為AC。交流電也稱「交變電流」,簡稱「交流」。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。
將一個可以繞固定轉動軸轉動的單匝線圈abcd放置在勻強磁場中,為了避免在線圈轉動過程中,兩根引出的導線扭絞在一起,把線圈兩根引線分別接到與線圈一起轉動的兩個銅環上,銅環通過電刷與外電路連接。當線圈abcd在外力作用下,在勻強磁場中以角速度勻速轉動時,線圈的ab邊和cd邊作切割磁感線運動,線圈中產生感應電動勢。如果外電路是閉合的,閉合迴路中將產生感應電流。ad和bc邊的運動不切割磁感線,則不產生感應電流。
發電機產生的電動勢按正弦規律變化,可以向外電路輸送正弦交流電。應當指出,實際的發電機構造比較複雜,線圈匝數很多,而且嵌在硅鋼片製成的鐵心上,叫做電樞;磁極是由電磁鐵構成的。一般多採用旋轉磁極式,即電樞不動,磁極轉動。[3]
正弦交流電的表示方法
大小與方向均隨時間按正弦規律做周期性變化的電流、電壓、電動勢叫做正弦交流電流、電壓、電動勢,在某一時刻t的瞬時值可用三角函數式(解析式)來表示
i(t)=Imsin(ωt+ji0)
u(t)=Umsin(ωt+ju0)
e(t)=Emsin(ωt+je0)
式中,Im、Um、Em分別叫做交流電流、電壓、電動勢的振幅(也叫做峰值或最大值),電流的單位為安培(A),電壓和電動勢的單位為伏特(V);ω叫做交流電的角頻率,單位為弧度/秒(rad/s),它表徵正弦交流電流每秒內變化的電角度;ji0、ju0、je0分別叫做電流、電壓、電動勢的初相位或初相,單位為弧度rad或度(0)
正弦交流電的三要素: 最大值、 角頻率、 初相位(初相)
主要參數
1、瞬時值:交流電在某一個瞬間的數值稱為瞬時值。
瞬時值一般用小寫英文字母e、u、i表示,可以用e= Vm*sinwt來求得。Vm是由線圈的形狀或磁鐵的強弱來決定的。
2、最大值:瞬時值最大的時候叫做最大值。
最大值一般用大寫英文字母加右下標 Em、Um、Im來表示。
3、有效值:交流電的有效值是通過熱效應來定義的。 在交流電變化的一個周期內,交流電流在電阻R上產生的熱量相當於多大數值的直流電流在該電阻上所產生的熱量,此直流電流的數值就是該交流電流的有效值。[4]
有效值一般用大寫英文字母E、 U、 I表示。通常,交流電錶都是按有效值來刻度的。一般不作特別說明時,交流電的大小均是指有效值。例如市電220伏特,就是指其有效值為220伏特。
4、平均值:用交流電的半個周期來計算。
5、周期(Cycle):正弦交流電循環變化一周所需要的時間叫做周期;單位是秒(s) [5]
6、頻率(Frequency):正弦交流電在一秒鐘內循環變化的周數叫做頻率;單位是赫茲(Hz)目前,我國生活工作用電的頻率為50Hz。
應用
交流電開始得到廣泛應用還是在19世紀80年代以後,那時相繼發明了變壓器、三相制、旋轉磁場和異步電動機;交流電路理論也隨着這些應用的需要而逐步建立,例如用相量表示正弦量的方法就是1893年C.P.施泰因梅茨提出的。1907年三極真空管的發明,為產生更高頻率的交流電及其在無線電方面的應用提供了條件。
目前,在動力方面,絕大部分電力網都是交流的,因為交流電可以方便地變換電壓;交流電機在結構上也比直流電機簡單;在需要直流的地方還可以很方便地採用電子整流裝置。中國1980年在東北建立的超高壓輸變電線路就是用的50萬伏交流電。
在信息傳輸方面也時常用到交流電,例如載波通信的載波電流就是交流電。 [6]
交流電被廣泛運用於電力的傳輸,因為在以往的技術條件下交流輸電比直流輸電更有效率。傳輸的電流在導線上的耗散功率可用焦耳定律(P =I ²R)求得,顯然要降低能量損耗需要降低傳輸的電流或電線的電阻。由於成本和技術所限,很難降低目前使用的輸電線路(如銅線)的電阻,所以降低傳輸的電流是唯一而且有效的方法。根據P=IU(實際上有功功率 ),提高電網的電壓即可降低導線中的電流,以達到節約能源的目的。
而交流電升降壓容易的特點正好適合實現高壓輸電。使用結構簡單的升壓變壓器即可將交流電升至幾千至幾十萬伏特,從而使電線上的電力損失極少。在城市內一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬至幾千伏以保證安全,在進戶之前再次降低至市電電壓或者適用的電壓供用電器使用。
按相位分類
目前各國使用的交流電相位主要為單相及三相。
1、三相交流電: 電動勢、電壓及電流的最大值相等、頻率相同,彼此之間有120°相位差的三個正弦交流電。[7]
三相交流電,輸電時只有三條火線,供電給客戶時有三條火線和中線。只使用其中一條相線及中線,便是單相電。火線如果相電壓是220V,線電壓則是380V。
三相電一般為三相四線。三個相線的符號為L1,L2,L3,也可以分別表示為A,B,C,分別代表相線1,相線2,相線3,L為Live Wire的縮寫,零線的符號為N,為Neutral Wire的縮寫。地線為E,為Earth的縮寫。
2、單相交流電 ;交流電(AC)是指大小和方向會隨時間周期性變化的電壓或電流。大多數的電器設備都是由交流220V、50Hz作為供電電源,這是我國公共用電的統一標準。
單相交流電,其電纜有一條火線和一條中線,用於一般住宅及商業樓宇。[8]
單相電有火線和零線兩條線,火線為L,為Live Wire的縮寫,零線為N,為Neutral Wire的縮寫。地線為E,為Earth的縮寫,也可以寫作PE,為Protecting Earth的縮寫。
工頻的來源
最早的商用交流電頻率是60Hz,電壓是110V,由美國西屋電氣公司實現,商用交流電網也是在美國首次投入運營,而美國是採用英制單位的,為計算方便故採用了60Hz/110V的規格。
商用交流電大獲成功之後,歐洲迅速引進了交流發電、饋電技術,而歐洲除英國外均使用公制單位,為計算方便將頻率改為了50Hz。後因110V電壓較低,電網傳輸損耗較大,為改善這種狀況,在交流電網沒有大規模建設因而沒有「負擔」的歐陸國家採用了220V的電壓規格,這是由110V倍壓而來,技術改造相對最簡單,於是在歐陸國家就形成了220V/50Hz的交流電網標準。
中國最早的交流電網並沒有統一的標準,只是局部的小型電網,設備由各發達工業國提供,規格五花八門,在蔣介石基本統一中國後,選定了公制為中國的度量衡標準,故電網的建設開始全面轉向公制基礎。1949年以後,中國的工業化全面轉向蘇聯模式,電網建設也遵照蘇聯標準,而蘇聯採用的也是歐陸標準,於是 220V/50Hz最終定格為中國的電網標準。[9]
相關視頻
1、三相交流電的產生
2、什麼是直流電交流電
外部連結
參考來源
- ↑ 交流電之父——特斯拉對交流電的貢獻,電子發燒友網,2017年12月25日
- ↑ 交流電之父——特斯拉對交流電的貢獻,電子發燒友網,2017年12月25日
- ↑ 正弦交流電的產生,個人圖書館網,2018-07-06
- ↑ 交流電的產生,高中物理網
- ↑ 電源基礎知識-交流電、三相電流,日圖科技網,2019-10-26
- ↑ 交流電產生和應用,天涯社區網,2009-12-09
- ↑ 電源基礎知識-交流電、三相電流,日圖科技網,2019-10-26
- ↑ 直流電與交流電基礎知識,土木工程網,2018-03-28
- ↑ 交流電的頻率,中國科學院國家授時中心網,2012-09-19