2.1.1 正弦交流电的基本概念_电工电子技术项目化教程-QQ阅读男生轻小说网

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2.1.1 正弦交流电的基本概念

1.正弦交流电的概念

大小和方向随时间做正弦规律变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流，统称为正弦交流电，在此项目中简称为交流电。在电力系统、信息处理领域以及日常生活中所用的大多数是交流电（AC），在交流电作用下的电路称为交流电路。其特点是易于产生，便于控制、变换和传输。

2.正弦交流电的三要素

正弦交流电在任一瞬时的数值称为交流电的瞬时值，用小写字母来表示，如u、i分别表示电压和电流的瞬时值，现以电流为例说明正弦交流电的基本特征。

图2-1是正弦交流电流的波形图，反映了电流随时间的变化规律。其表达式为

（1）周期、频率和角频率

1）周期。交流电完成一次周期性变化所需要的时间称为周期，用字母T表示，单位是秒（s）。

图2-1 正弦交流电波形图

2）频率。交流电在单位时间内完成周期性变化的次数称为频率，用字母f表示，单位是赫兹（Hz），简称赫。常用的还有千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）等，它们的关系为1GHz=10³MHz=10⁶kHz=10⁹Hz。频率与周期互为倒数，即

3）角频率。交流电在单位时间内变化的电角度称为角频率，用字母ω表示，单位是弧度/秒（rad/s）。角频率与周期、频率的关系为

ω、T、f都是反映交流电变化快慢的物理量。ω越大（即f越大或T越小），表示交流电周期性变化越快；反之则表示交流电周期性变化越慢。

（2）瞬时值、最大值和有效值

1）瞬时值。正弦交流电的数值是随时间周期性变化的，在某一瞬间的数值称为交流电的瞬时值。规定用小写字母表示，如e、u、i分别表示电动势、电压和电流的瞬时值。

2）最大值。交流电在变化过程中出现的最大瞬时值称为交流电的最大值（又称幅值）。规定用大写字母加下标m表示，如E_m、U_m、I_m分别表示电动势、电压和电流的最大值。

3）有效值。交流电的有效值是根据它的热效应确定的，即在热效应方面与它相当的直流值。以电流为例，当某一交流电流i通过电阻R时，在一个周期T内所产生的热量与某直流电流I通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等时，则称这一直流电流的数值为该交流电流的有效值。规定有效值用大写字母表示，如E、U、I分别表示交流电动势、电压和电流的有效值。

可以证明，正弦交流电的有效值等于最大值的倍或0.707倍，即

在电工技术中，通常所说的交流电的电压、电流的数值，都是指它们的有效值，各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值、交流测量仪表测得的数值，凡不做特别说明的，均指有效值。

（3）相位和初相

1）相位。在式（2-1）中，角度（ωt+φ_i）是正弦量在任一瞬时t所对应的电角度，称为交流电的相位。它不仅决定交流电在变化过程中瞬时值的大小和方向，还反映了正弦交流电的变化趋势。

2）初相。交流电在t=0时（计时起点时）的相位φ_i称为交流电的初相位，简称初相，它反映了交流电在计时起点的状态（图2-1），显然，初相φ_i与时间起点的选取有关。工程上为了方便，初相单位常取度（°），必要时再化为弧度。

正弦交流电在一个周期内瞬时值两次为零，规定由负值向正值变化之间的零值叫作正弦电流的零值。如果正弦电流的零值发生在时间起点之左，则φ_i为正值；如果正弦电流的零值发生在时间起点之右，则φ_i为负值。注意，这里所说的零值是指最靠近时间起点者来说的，也就是说，初相角总是小于或等于π，一般规定，-π≤φ_i≤π。