什麼是交流電，它與直流電有何不同

交流電，相反 直流電流, 在大小和方向上都在不斷變化，並且這些變化是周期性發生的，也就是說，它們以完全相等的間隔重複出現。

要在電路中感應出這樣的電流，請使用產生交流 EMF 的交流電源，週期性地改變大小和方向。這種電源稱為交流發電機。

在圖。圖 1 顯示了最簡單的設備圖（模型） 交流發電機. 

由銅線製成的矩形框架，固定在軸上並使用皮帶傳動在田間旋轉 磁鐵…框架的末端焊接到銅環上，銅環隨框架旋轉，在接觸板（電刷）上滑動。

圖 1. 最簡單的交流發電機示意圖

讓我們確保這樣的設備確實是可變 EMF 的來源。

假設一塊磁鐵在它的兩極之間產生 均勻磁場，即磁場各部分的磁力線密度相同。旋轉時，框架穿過其兩側 a 和 b 的磁場力線 電磁場誘導. 

框架的 c 面和 d 面不起作用，因為當框架旋轉時，它們不穿過磁場的力線，因此不參與 EMF 的產生。

在任何時刻，a 側出現的 EMF 與 b 側出現的 EMF 方向相反，但在框架中，兩個 EMF 都根據並添加到總 EMF，即由整個框架引起。

如果我們使用已知的右手法則來確定 EMF 的方向，這很容易檢查。

為此，將右手的手掌朝向磁鐵的北極，彎曲的拇指與我們想要確定 EMF 方向的框架那一側的移動方向一致。然後其中的EMF的方向將由手伸出的手指指示。

對於框架的任何位置，我們確定 a 和 b 側的 EMF 方向，它們總是相加並在框架中形成總 EMF。同時，隨著框架的每一次旋轉，其中的總電動勢的方向變為相反，因為在一圈中框架的每個工作側都經過磁鐵的不同磁極。

框架中感應的 EMF 的大小也會隨著框架側面穿過磁場線的速率的變化而變化。事實上，當框架接近其垂直位置並通過它時，穿過框架兩側的力線的速度最高，並且在框架中感應出最大的電動勢。在那些時刻，當框架通過其水平位置時，它的側面似乎沿著磁場線滑動而不與它們交叉，並且沒有感應電動勢。

因此，隨著框架的均勻旋轉，將在其中感應出一個 EMF，其大小和方向都會發生週期性變化。

框架中出現的 EMF 可由設備測量並用於在外部電路中產生電流。

使用 電磁感應現象，您可以獲得交流電動勢，因此可以獲得交流電。

工業用交流電和 用於照明 由蒸汽或水輪機和內燃機驅動的強大發電機產生。

交流和直流電流的圖形表示

圖形方法可以可視化某個變量隨時間變化的過程。

繪製隨時間變化的變量首先繪製兩條相互垂直的線，稱為圖形的軸。然後，在水平軸上以一定比例繪製時間間隔，在垂直軸上也以一定比例繪製要繪製的量值（EMF、電壓或電流）。

在圖。 2 圖中的直流電和交流電......在這種情況下，我們延遲電流值和一個方向的電流值，通常稱為正向，從軸 O 的交點垂直延遲, 從這一點向下，相反的方向，通常稱為負方向。

圖 2. 直流和交流的圖示

O 點本身既作為當前值（垂直向下和向上）和時間（水平向右）的原點。換句話說，這個點對應於電流的零值，也是我們打算從這個時間點開始追踪電流在未來會如何變化。

讓我們驗證一下圖中繪製的內容的正確性。 2 和 50 mA 直流電流圖。

由於這個電流是恆定的，即不隨時間改變大小和方向，所以相同的電流值會對應不同的時刻，即50毫安。因此，在時間為零的瞬間，即在我們觀察電流的初始時刻，它將等於 50 毫安。在垂直軸上繪製等於 50 mA 電流值的線段向上，我們獲得圖形的第一個點。

我們必須對時間軸上對應於點 1 的下一個時刻執行相同的操作，即從該點垂直向上推遲一段也等於 50 mA。段的末尾將為我們定義圖形的第二個點。

對隨後的幾個時間點進行了類似的構造，我們得到了一系列點，這些點的連接將給出一條直線，這是 50 mA 恆定電流值的圖形表示。

繪製可變 EMF

讓我們繼續研究 EMF 的變量圖……在圖 1 中。在圖 3 中，頂部顯示了在磁場中旋轉的坐標系，下面給出了所得變量 EMF 的圖形表示。

圖 3. 繪製變量 EMF

我們開始均勻地順時針旋轉框架，並跟踪其中EMF的變化過程，以框架的水平位置為初始時刻。

在這個初始時刻，EMF 將為零，因為框架的邊沒有穿過磁力線。在圖中，對應於 t = 0 時刻的 EMF 零值由點 1 表示。

隨著框架的進一步旋轉，EMF 將開始出現在其中並會增加，直到框架到達其垂直位置。在圖中，EMF 的這種增加將由達到峰值（點 2）的平滑上升曲線表示。

當框架接近水平位置時，其中的 EMF 將減小並降至零。在圖表上，這將被描述為一條下降的平滑曲線。

因此，在對應於框架旋轉半圈的時間內，其中的 EMF 能夠從零增加到最大值並再次減小到零（第 3 點）。

隨著坐標系的進一步旋轉，EMF 將重新出現在其中並逐漸增大，但其方向已經變為相反，應用右手法則可以看出。

該圖考慮了 EMF 方向的變化，因此表示 EMF 的曲線穿過時間軸，現在位於該軸下方。 EMF 再次增加，直到框架呈現垂直位置。

然後 EMF 將開始減小，當框架在完成一整圈後返回到其原始位置時，其值將變為零。在圖表上，這將通過以下事實來表達：EMF 曲線在相反方向（點 4）達到峰值，然後將與時間軸（點 5）相交

這完成了一個改變 EMF 的循環，但是如果你繼續旋轉框架，第二個循環立即開始，完全重複第一個，然後是第三個，然後是第四個，依此類推，直到我們停止旋轉框架。

因此，對於框架的每個旋轉，其中出現的 EMF 完成其變化的完整循環。

如果框架對某些外部電路關閉，則交流電將流過電路，其圖形看起來與 EMF 圖相同。

產生的波形稱為正弦波，根據此定律變化的電流、電動勢或電壓稱為正弦波。

曲線本身稱為正弦曲線，因為它是稱為正弦的可變三角量的圖形表示。

電流變化的正弦特性在電氣工程中最為常見，因此，說到交流電，在大多數情況下都是指正弦電流。

為了比較不同的交流電（EMF 和電壓），存在表徵特定電流的值。這些稱為 AC 參數。

週期、幅度和頻率 - 交流參數

交流電的特徵在於兩個參數——月週期和振幅，知道這兩個參數我們可以估計它是哪種交流電並構建電流圖。

圖 4. 正弦電流曲線

電流變化一個完整週期發生的時間段稱為周期。週期用字母 T 表示，以秒為單位。

電流變化一個完整週期的一半發生的時間稱為半週期，因此電流（電動勢或電壓）變化的周期由兩個半週期組成。很明顯，同一交流電的所有周期彼此相等。

從圖中可以看出，在其變化的一個週期內，電流達到其最大值的兩倍。

交流電（EMF 或電壓）的最大值稱為其振幅或峰值電流值。

Im、Em 和 Um 是電流、EMF 和電壓幅度的常用名稱。

首先，我們關注了 峰值電流但是，從圖中可以看出，比振幅小的中間值不計其數。

任意選定時刻對應的交流電（電動勢、電壓）的值稱為其瞬時值。

i、e 和 u 是普遍接受的電流、電動勢和電壓瞬時值的名稱。

借助圖表很容易確定電流的瞬時值及其峰值。為此，從我們感興趣的時間點對應的水平軸上的任意一點，畫一條垂直線到與當前曲線的交點；由此產生的垂直線段將確定給定時間的電流值，即瞬時值。

顯然，從圖形起點經過時間 T / 2 後的電流瞬時值將為零，而經過時間 T / 4 後其幅值。電流也達到峰值；但在等於 3/4 T 的時間後，已經在相反的方向上。

因此，該圖顯示了電路中的電流如何隨時間變化，並且電流的大小和方向只有一個特定值對應於每個時刻。在這種情況下，電路中某一點在給定時間點的電流值與該電路中任何其他點的電流值完全相同。

稱為交流頻率1秒內電流完成的完整週期數，用拉丁字母f表示。

要確定交流電的頻率，即找出其電流在 1 秒內變化了多少個週期，需要將 1 秒除以一個週期的時間 f = 1 / T。 知道頻率的交流電，可以確定週期：T = 1 / f

交流頻率 它以稱為赫茲的單位進行測量。

如果我們有頻率等於 1 赫茲的交流電，那麼這種電流的周期將等於 1 秒。反之，如果電流的變化週期為1秒，那麼這種電流的頻率就是1赫茲。

因此，我們定義了交流參數——週期、振幅和頻率——使您能夠區分不同的交流電流、EMF 和電壓，並在必要時繪製它們的圖形。

在確定各種電路對交流電的電阻值時，用另一個表徵交流電的輔助值，即所謂角或角頻率。

圓頻率表示為與頻率 f 的比率 2 pif

讓我們解釋一下這種依賴關係。在繪製可變 EMF 圖時，我們看到框架的一次完整旋轉會導致 EMF 變化的完整循環。也就是說，框架轉一圈，即旋轉360°，需要的時間等於一個週期，即T秒。然後，在 1 秒內，框架進行 360°/T 旋轉。因此，360°/T是1秒內框架旋轉的角度，表示框架旋轉的速度，通常稱為角速度或圓速度。

但由於週期 T 與頻率 f 的關係為 f = 1 / T，因此圓周速度也可以表示為頻率，等於 360°f。

所以我們得出結論，360°f。但是，為了方便使用圓頻率進行任何計算，將轉一圈對應的 360° 角替換為等於 2pi 弧度的徑向表達式，其中 pi = 3.14。所以我們最終得到2pif。因此，要確定交流電的角頻率（電動勢或電壓)，您必須將以赫茲為單位的頻率乘以常數 6.28。