一文详解正弦交流电

一、正弦交流电的概率

大小和方向都不随时间变化的电流称做直流电流，大小和方向都不随时间变化的电压称做直流电压，大小和方向都不随时间变化的电动势称做直流电动势。直流电流、直流电压和直流电动势统称直流电。

大小和方向随时间周期性变化的电流称做交流电流，大小和方向随时间周期性变化的电压称做交流电压，大小和方向随时间周期性变化的电动势称做交流电动势。交流电流、交流电压和交流电动势统称交流电。

大小和方向随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压和电动势称做正弦交流电，简称交流电。若不特别声明，书中所说的交流电，均指正弦交流电。正弦交流电压波形如图所示。

正弦交流电电压波形

交流电按随时间周期性变化的规律不同有正弦交流电和非正弦交流电两种。电流、电压或电动势在某一时刻的大小称做瞬时值，若横轴选用时间轴，电流、电压或电动势的大小做纵轴，将各个时刻对应的瞬时值连接起来所得到的曲线，称做波形图或波形曲线，简称波形。

常见的非正弦交流电有两类：一类是大小、方向都周期性变化，如图(a)(b)所示;另一类大小周期性变化，而方向不改变，这一类非正弦交流电则称做脉冲，如图(c)(d)所示。

波形图

二、交流电的产生过程

在电力系统中，交流电是由交流发电机产生的;在信号系统中，交流电是由振荡电路产生的。交流发电机的模型如图所示，它由静止部分(定子)和转动部分(转子)组成。

静止部分称做定子，由硅钢片和线圈组成，用以产生均匀的磁场。转动部分称做转子，由线圈和滑环组成。转子上的线圈在均匀磁场中转动产生的感应电动势，通过滑环与负载连接形成电流。

交流发电机模型

一个在磁场中转动的线圈，有两个线圈边切割磁力线，这两个线圈边串联。故在磁感应强度为B的磁场中，转动的线圈在时刻t的感应电动势为：

感应电动势

感应电动势

当t=0时，e=0。 当t=(1/4)T时，e=Em。

当t=(2/4)T时，e=0。 当t=(3/4)T时，e=-Em。

当t=T时，e=0。

从以上分析可以看出：线圈在只有一对磁极(一个N极和一个S极称一对磁极)的磁场中转动一周，感应电动势按正弦规律完成一次变化。其周而复始变化的过程是：由“0”开始，按正弦规律增加到正方向的最大值，再由正方向的最大值按正弦规律减小到“0”;然后由“0”按正弦规律增加到反方向的最大值，再由反方向的最大值按正弦规律减小到“0”。