交流電的基本參數：週期、頻率、相位、振幅、諧波振盪

交流電是一種方向和強度週期性變化的電流。由於交流電的強度通常按正弦規律變化，因此交流電是電壓和電流的正弦波波動。

因此，適用於正弦電振蕩的一切都適用於交流電。正弦振盪是振盪值按正弦規律變化的振盪，本文將討論交流參數。

EMF 的變化和連接到此類電源的線性負載的電流變化將遵循正弦規律。在這種情況下，交變 EMF、交變電壓和電流可以通過它們的四個主要參數來表徵：

• 時期;

• 頻率;

• 振幅;

• 有效值。

還有一些額外的參數：

• 角頻率；

• 階段;

• 立即值。

接下來，我們將分別和一起查看所有這些參數。

期間 T。

週期——振蕩的系統通過所有中間狀態並再次返回其初始狀態所需的時間。

交流電的周期T是電流或電壓變化一個完整週期的時間間隔。

由於交流電的來源是發電機，其周期與其轉子的轉速有關，發電機繞組或轉子的轉速越高，產生的交變電動勢的周期越短，因此，結果是負載的交流電。

該週期以秒、毫秒、微秒、納秒為單位，具體取決於考慮該電流的特定情況。上圖顯示了電壓 U 如何隨時間變化，同時具有恆定的特徵週期 T。

頻率f

頻率 f 是周期的倒數，在數值上等於 1 秒內電流或 EMF 變化的周期數。即f=1/T。頻率的計量單位是赫茲（Hz），以19世紀對電動力學的發展做出重大貢獻的德國物理學家海因里希赫茲的名字命名。週期越短，EMF 或電流變化的頻率就越高。

今天在俄羅斯，電網交流電的標準頻率是50赫茲，即1秒內電網電壓出現50次波動。

在電動力學的其他領域，使用更高的頻率，例如在現代逆變器中使用 20 kHz 或更高，在電動力學的較窄領域中使用高達幾 MHz。在上圖中可以看到一秒內有50次完整的振盪，每次持續0.02秒，1 / 0.02 = 50。

從正弦交流電隨時間變化的曲線圖可以看出，不同頻率的電流在同一時間間隔內所包含的周期數不同。

角頻率

角頻率——在 2pi 秒內進行的振盪次數。

在一個週期內，正弦電動勢或正弦電流的相位變化2pi弧度或360°，因此交流正弦電流的角頻率等於：

使用2pi sec.（而不是1 sec.）的振盪次數很方便，因為在表示諧波振盪期間電壓和電流變化規律的公式中，表示交流電的電感或電容電阻，並且在許多在其他情況下，振盪頻率 n 與乘數 2pi 一起出現。

階段

Phase — 狀態，週期性過程的階段。在正弦振蕩的情況下，術語相位具有更明確的含義。實際上，通常不是相位本身起作用，而是任意兩個週期過程之間的相移。

在這種情況下，術語“相位”被理解為過程發展的一個階段，在這種情況下，相對於交流電和正弦電壓，相位被稱為交流電在特定時刻的狀態時間。

圖中顯示：電壓U1與電流I1同相重合，電壓U1與U2反相重合，電流I1與電壓U2相移。相移以弧度為單位，週期的一部分以度為單位。

也可以看看： 什麼是相位、相角和相移

振幅 Um 和 Im

說到正弦交流電或正弦交流電動勢的大小，電動勢或電流的最高值稱為振幅或振幅（最大值）值。

振幅 — 進行諧波振蕩的量的最大值（例如，交流電中電流強度的最大值，振盪擺與平衡位置的偏差），振盪量與特定值的最大偏差，有條件的接受為初始零。

嚴格來說，振幅一詞僅指正弦振盪，但通常（不完全正確）在上述意義上適用於所有振盪。

如果我們談論交流發電機，那麼其端子的 EMF 每個週期兩次達到一個幅度值，其中第一次是 + Em，第二次是 Em，分別在正半週期和負半週期。電流 I 的行為類似，因此用 Im 表示。

諧波振動 — 振盪量，例如電路中的電壓，根據諧波正弦或餘弦定律隨時間變化的振盪。用正弦曲線圖形表示。

實際過程只能近似諧波振盪。然而，如果振盪反映了該過程的最典型特徵，那麼這樣的過程被認為是諧波，這極大地促進了許多物理和技術問題的解決。

接近諧波振蕩的運動發生在各種系統中：機械（鐘擺的振盪）、聲學（風琴管中氣柱的振盪）、電磁（LC 電路中的振盪）等。振盪理論從統一的角度考慮這些物理性質不同的現象，並確定它們的共同性質。

使用以恆定角速度繞垂直於該矢量並通過其原點的軸旋轉的矢量以圖形方式表示諧波振盪很方便。矢量的旋轉角速度對應於諧波振蕩的圓頻率。

諧波振動矢量圖

任何形式的周期性過程都可以分解為具有不同頻率、振幅和相位的無限系列簡諧振動。

和諧 — 一種諧波振動，其頻率是其他振動頻率的整數倍，稱為基音。諧波的多少表示其頻率大於基音頻率的多少倍（如三次諧波就是頻率是基音頻率的三倍的諧波振動）。

任何週期性但非諧波（即形狀不同於正弦波）的振盪都可以表示為諧波振蕩的總和——基音和一些諧波。所考慮的振盪與正弦波的形式差異越大，它包含的諧波就越多。

u 和 i 的瞬時值

某一時刻的電動勢或電流的值稱為瞬時值，用小寫字母u和i表示。但由於這些值一直在變化，因此不方便從中估算交流電流和電動勢。

I、E、U的有效值

交流電執行有用功的能力，例如機械轉動電機轉子或在加熱設備上產生熱量，可以通過電動勢和電流的有效值方便地估算。

所以， 有效現值 稱為這樣一種直流電的值，當在所考慮的交流電的一個週期內通過導體時，產生與該交流電相同的機械功或相同量的熱量。

電壓、電動勢和電流的 RMS 值用大寫字母 I、E 和 U 表示。對於正弦交流電和對於正弦交流電壓，有效值是：

為了描述電氣網絡，使用電流和電壓的有效值很方便。例如，220-240 伏的值是現代家用插座中電壓的有效值，幅度要高得多——從 311 到 339 伏。

電流也是一樣，比如說流過家用取暖器的電流是8安培，就是有效值，而幅值是11.3安培。

以某種方式，電氣裝置中的機械功和電能與電壓和電流的有效值成正比。很大一部分測量設備準確顯示電壓和電流的有效值。