什么是交流電交流電現(xiàn)代應(yīng)用
交流電的有效值和平均值的意義有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的。什么是交流電呢？下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的什么是交流電，歡迎閱讀。
什么是交流電
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”。電流方向隨時間作周期性變化的為交流電。它的最基本的形式是正弦電流。當(dāng)法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)后，產(chǎn)生交流電流的方法則被法拉第同時發(fā)現(xiàn)，法拉第因此被譽(yù)為“交流電之父”。
早期的交流發(fā)電機(jī)成品由麥可·法拉第與波利特·皮克西等人開發(fā)出來。其中，波利特·皮克西Hippolyte Pixii于1832年基于麥可·法拉第Michael Faraday的原理制造了世界上第一臺交流電機(jī)。
1882年，英國電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發(fā)電機(jī)。第一代開爾文男爵威廉·湯姆森(William Thomson, 1st Baron Kelvin，1824年6月26日-1907年12月17日)與塞巴斯蒂安·費(fèi)蘭蒂Sebastian Ziani de Ferranti 開發(fā)早期交流發(fā)電機(jī)，頻率介于100赫茲至300赫茲之間。[1] 最早的高頻率交流電機(jī)于1838年誕生于倫敦。
1891年，尼古拉·特斯拉Nikola Tesla改進(jìn)了“高頻率”(15,000赫茲)交流發(fā)電機(jī)中的一種，獲得一個專利號。
1891年后，多相交流發(fā)電機(jī)被用來供應(yīng)電流，此后的交流發(fā)電機(jī)的交流電流頻率通常設(shè)計(jì)在16赫茲至100赫茲間，搭配弧光燈、白熾燈或電動機(jī)使用。
以正弦交流電應(yīng)用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經(jīng)過數(shù)學(xué)處理后，化成為正弦交流電的疊加。正弦電流(又稱簡諧電流)，是時間的簡諧函數(shù)。
當(dāng)閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈里就產(chǎn)生大小和方向作周期性改變的正弦交流電。
交流電現(xiàn)代應(yīng)用
中國通常使用的交流電，一般頻率是50Hz。
我們常見的電燈、電動機(jī)等用的電都是交流電。在實(shí)用中，交流電用符號"~"表示。
電流隨時間的變化規(guī)律，由此看出：正弦交流電三個要素：最大值(峰值)、周期(頻率或角頻率)和相位(初相位)。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關(guān)系以及功率(或能量)的分配問題。由于交流電具有隨時間變化的特點(diǎn)，因此產(chǎn)生了一系列區(qū)別于直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現(xiàn)象和規(guī)律就復(fù)雜了。但基本遵循安培定律等基本法則。是高中電學(xué)的考點(diǎn)和難點(diǎn)。
根據(jù)傅里葉級數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為以正弦函數(shù)、余弦函數(shù)組成的無窮級數(shù)，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正余弦交流電的合成。
交流電頻率
交流電的頻率是指它單位時間內(nèi)周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(Hz)，與周期成倒數(shù)關(guān)系。日常生活中的交流電的頻率一般為50Hz，而無線電技術(shù)中涉及的交流電頻率一般較大，達(dá)到千赫茲(KHz)甚至兆赫茲(MHz)的度量。
頻率有效值
正余弦交流電的峰值與振幅相對應(yīng)，而有效值大小則由相同時間內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)焦耳熱的直流電的大小來等效。正余弦交流電峰值與有效值的關(guān)系為：
例如，城市生活用電220V表示的是有效值，而其峰值約為311V。
電力傳輸
交流電被廣泛運(yùn)用于電力的傳輸，因?yàn)樵谝酝募夹g(shù)條件下交流輸電比直流輸電更有效率。傳輸?shù)碾娏髟趯?dǎo)線上的耗散功率可用P=I2R(功率=電流的平方×電阻)求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸?shù)碾娏骰螂娋€的電阻。由于成本和技術(shù)所限，很難降低使用的輸電線路(如銅線)的電阻，所以降低傳輸?shù)碾娏魇俏ㄒ欢矣行У姆椒ā８鶕?jù)P=IU(功率=電流×電壓，實(shí)際上有效功率P=IUcosφ)，提高電網(wǎng)的電壓即可降低導(dǎo)線中的電流，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。
而交流電升降壓容易的特點(diǎn)正好適合實(shí)現(xiàn)高壓輸電。使用結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jìn)戶之前再次降低至市電電壓(中國大陸及香港特別行政區(qū)220V)或者適用的電壓供用電器使用。 一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對于一般用戶只使用其中的一或兩條相線(一條時需要零線)。直流變壓及輸電技術(shù)取得了長足的發(fā)展，而高壓直流輸電的浪費(fèi)會比較小;因此未來有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉(zhuǎn)換問題。
零線火線
零線始終和大地是等電位的，因此交流電的火線的一個完整周期就是，如果在0秒時與零線電位相同，火線上對地電壓為0;過0.005秒后，火線上對地電壓達(dá)到最大(峰值)為高于大地;再過0.005秒，火線上對地電壓又降為0;再過0.005秒，火線對地電壓降到最低點(diǎn)，零線對火線達(dá)到峰值;再過0.005秒，又重新上升到與零線電位相同，火線上對地電壓為0。
可以看出，交流電雖然隨周期改變電流方向，但零線對地電壓始終是相同的，為0。接用電器后零線有電流，電流變化規(guī)律與電壓相同。
頻率周期
頻率是表示交流電隨時間變化快慢的物理量。即交流電每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率，用符號f表示。它的單位為周/秒，也稱赫茲常用“Hz”表示，簡稱周或赫。例如市電是50周的交流電，其頻率即為f=50周/秒。對較高的頻率還可用千周(kC)和兆周(MC)作為頻率的單位。
交流電
交流電(4張)
1千周(kC)=103周/秒，1兆周(MC)=103千周(kC)=106周/秒
例如，我國第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)出的訊號頻率是20.009兆周，亦即它發(fā)出的是每秒鐘變化20.009×106次的交變訊號。交流電正弦電流的表示式中i=Asin(ωt+φ)中的ω稱為角頻率，它也是反映交流電隨時間變化的快慢的物理量。角頻率和頻率的關(guān)系為ω=2πf。
交流電隨時間變化的快慢還可以用周期這個物理量來描述。交流電變化一次所需要的時間叫周期，用符號T表示。周期的單位是秒。顯然，周期和頻率互為倒數(shù)，即
由此可見，交流電隨時間變化越快，其頻率f越高，周期 T越短;反之，頻率f越低，周期T越長。
λ=c/f
歐姆定律
·概述
在交流電路中，電壓、電流的峰值或有效值之間關(guān)系和直流電路中的歐姆定律相似，其等式為U=IZ或I=U/Z，式中Z、U都是交流電的有效值，Z為阻抗，該式就是交流電路中的歐姆定律。
·記明
由于電壓和電流隨元件不同而具有相位差，所以電壓和電流的有效值之間一般不是簡
單數(shù)量的比例關(guān)系。
A.在串聯(lián)電路中，如圖所示，以R、L、C為例，總電壓不等于各段分電壓的和，U≠UR+ UL + UC。因?yàn)殡姼袃啥穗妷合辔怀半娏飨辔粚?dǎo)電容兩端電壓相位π/2，落后電流相位π/2。所以R、L、C上的總電壓，決不是各個元件上的電壓的代數(shù)和而是矢量和。
以純電阻而言，ZR=R
B.在并聯(lián)電路中，如圖所示，以R、L、C為例，每個元件兩端的瞬時電壓都相等為U。
每分路的電流和兩端電壓之間關(guān)系為不同元件上電流的相位也各有差異。
純電感上電流相位落后于純電阻電流相位·爭純電容上電流相位超前純電阻電流相位署。所以分電流的矢量和即總電流
電功率
在交流電中電流、電壓都隨時間而變化，因此電流和電壓的乘積所表示的功率也將隨時間而變化。交流電功率可分為：瞬時功率、有功功率、視在功率(又叫做總功率)以及無功功率。(1)瞬時功率(Pt)。由瞬時電流和電壓的乘積所表示的功率。Pt=i(t)·u(t)，它隨時間而變。對任意電路， i與u之間存在著相位差i(t)=Imsinωt，u(t)=Umsin(ωt+φ)。即
在純電阻電路中，電流和電壓之間無相位差，即φ=0，瞬時功率Pt=IU
位時間內(nèi)所用的能量，或在一個周期內(nèi)所用能量和時間的比。在純電阻電路中，
純電阻電路中有功功率和直流電路中的功率計(jì)算方法表示完全一致，電壓和電流都用有效值計(jì)算。
以上說明電感電路和電容電路中能量只能在電路中互換，即電容與電源、電感與電源之間交換能量，對外無能量交換，所以它們的有功功率為零。對一般電路的平均功率為
(3)視在功率(S)。在交流電路中，電流和電壓有效值的乘積叫做視在功率，即S=IU。它可用來表示用電器本身所容許的最大功率(即容量)。(4)無功功率(Q)。在交流電路中，電流、電壓的有效值與它們的相位差φ的正弦的乘積叫做無功功率，即Q = IUsinφ。它和電路中實(shí)際消耗的功率無關(guān)，而只表示電容元件、電感元件和電源之間能量交換的規(guī)模。有功功率，無功功率和視在功率之間的關(guān)系，可由圖3-57所示的“功率三角形”來表示。
功率因數(shù)
它是發(fā)電機(jī)輸送給負(fù)載的有功功率和視在功率的比，即可見功率因數(shù)cosφ是反應(yīng)電能利用率大小的物理量。提高用電設(shè)備的功率因數(shù)就可以提高發(fā)電機(jī)總功率中的有功功率。
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