什麼是交流電交流電現代應用

　　交流電的有效值和平均值的意義有效值是根據電流的熱效應來規定的。什麼是交流電呢？下面是小編整理的什麼是交流電，歡迎閱讀。

　　什麼是交流電

　　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”。電流方向隨時間作週期性變化的為交流電。它的最基本的形式是正弦電流。當法拉第發現了電磁感應後，產生交流電流的方法則被法拉第同時發現，法拉第因此被譽為“交流電之父”。

　　早期的交流發電機成品由麥可·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。其中，波利特·皮克西Hippolyte Pixii於1832年基於麥可·法拉第Michael Faraday的原理製造了世界上第一臺交流電機。

　　1882年，英國電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發電機。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。[1] 最早的高頻率交流電機於1838年誕生於倫敦。

　　1891年，尼古拉·特斯拉Nikola Tesla改進了“高頻率”***15,000赫茲***交流發電機中的一種，獲得一個專利號。

　　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。

　　以正弦交流電應用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經過數學處理後，化成為正弦交流電的疊加。正弦電流***又稱簡諧電流***，是時間的簡諧函式。

　　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週期性改變的正弦交流電。

　　交流電現代應用

　　中國通常使用的交流電，一般頻率是50Hz。

　　我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中，交流電用符號"~"表示。

　　電流隨時間的變化規律，由此看出：正弦交流電三個要素：最大值***峰值***、週期***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、電壓關係以及功率***或能量***的分配問題。由於交流電具有隨時間變化的特點，因此產生了一系列區別於直流電路的特性。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，現象和規律就複雜了。但基本遵循安培定律等基本法則。是高中電學的考點和難點。

　　根據傅立葉級數的原理，周期函式都可以展開為以正弦函式、餘弦函式組成的無窮級數，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正餘弦交流電的合成。

　　交流電頻率

　　交流電的頻率是指它單位時間內週期性變化的次數，單位是赫茲***Hz***，與週期成倒數關係。日常生活中的交流電的頻率一般為50Hz，而無線電技術中涉及的交流電頻率一般較大，達到千赫茲***KHz***甚至兆赫茲***MHz***的度量。

　　頻率有效值

　　正餘弦交流電的峰值與振幅相對應，而有效值大小則由相同時間內產生相當焦耳熱的直流電的大小來等效。正餘弦交流電峰值與有效值的關係為：

　　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的電流或電線的電阻。由於成本和技術所限，很難降低使用的輸電線路***如銅線***的電阻，所以降低傳輸的電流是唯一而且有效的方法。根據P=IU***功率=電流×電壓，實際上有效功率P=IUcosφ***，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***中國大陸及香港特別行政區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。對於一般使用者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取得了長足的發展，而高壓直流輸電的浪費會比較小;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週期就是，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秒後，火線上對地電壓達到最大***峰值***為高於大地;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，零線對火線達到峰值;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，交流電雖然隨週期改變電流方向，但零線對地電壓始終是相同的，為0。接用電器後零線有電流，電流變化規律與電壓相同。

　　頻率週期

　　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星發出的訊號頻率是20.009兆周，亦即它發出的是每秒鐘變化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。角頻率和頻率的關係為ω=2πf。

　　交流電隨時間變化的快慢還可以用週期這個物理量來描述。交流電變化一次所需要的時間叫週期，用符號T表示。週期的單位是秒。顯然，週期和頻率互為倒數，即

　　由此可見，交流電隨時間變化越快，其頻率f越高，週期 T越短;反之，頻率f越低，週期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係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

　　由於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

　　單數量的比例關係。

　　A.在串聯電路中，如圖所示，以R、L、C為例，總電壓不等於各段分電壓的和，U≠UR+ UL + UC。因為電感兩端電壓相位超前電流相位導電容兩端電壓相位π/2，落後電流相位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和而是向量和。

　　以純電阻而言，ZR=R

　　B.在並聯電路中，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係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後於純電阻電流相位·爭純電容上電流相位超前純電阻電流相位署。所以分電流的向量和即總電流

　　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

　　位時間內所用的能量，或在一個週期內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算方法表示完全一致，電壓和電流都用有效值計算。

　　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。它和電路中實際消耗的功率無關，而只表示電容元件、電感元件和電源之間能量交換的規模。有功功率，無功功率和視在功率之間的關係，可由圖3-57所示的“功率三角形”來表示。

　　功率因數

　　它是發電機輸送給負載的有功功率和視在功率的比，即可見功率因數cosφ是反應電能利用率大小的物理量。提高用電裝置的功率因數就可以提高發電機總功率中的有功功率。