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交流电

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 交流电alternating current ,简称为AC。发明者是尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856—1943)。交流电也称“交变电流”,简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹,日本等国家为60赫兹。交流电随时间变化可以以多种多样的形式表现出来。不同表现形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。

简介

交流电(英语:Alternating Current,简写AC)是指大小和方向都发生周期性变化的电流,因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零,称为交变电流或简称交流电。不同于方向不随时间发生改变的直流电。   

通常波形为正弦曲线。交流电可以有效传输电力。但实际上还有应用其他的波形,例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。   

发明最早交流发电机的是法国工程师A.M.皮克西(1832年)   

以正弦交流电应用最为广泛,且其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后,化成为正弦交流电的叠加。正弦电流(又称简谐电流),是时间的简谐函数。   

当闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,线圈里就产生大小和方向作周期性改变的正弦交流电。   

现在使用的交流电,一般频率是50Hz 。   我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中,交流电用符号"~"表示。   

电流随时间的变化规律,由此看出:正弦交流电需用频率、峰值和相位三个物理量来描述。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率(或能量)的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点,因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻,而且有电容元件和电感元件,使用的元件多了,现象和规律就复杂了。

简谐交流电

根据傅里叶级数的原理,周期函数都可以展开为以正弦函数、余弦函数组成的无穷级数,任何非简谐的交流电也可以分解为一系列简谐正余弦交流电的合成。
频率

交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz),与周期成倒数关系。日常生活中的交流电的频率一般为50赫兹,而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大,达到千赫兹(KHz)甚至兆赫兹(MHz)的度量。

交流电力传输

交流电被广泛运用于电力的传输,因为在以往的技术条件下交流输电比直流输电更有效率。传输的电流在导线上的耗散功率可用P= I²R(功率=电流的平方×电阻)求得,显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限,很难降低目前使用的输电线路(如铜线)的电阻,所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IU(功率=电流×电压,实际上有效功率P= IUcosφ),提高电网的电压即可降低导线中的电流,以达到节约能源的目的。   

而交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电。使用结构简单的升压变压器即可将交流电升至几千至几十万伏特,从而使电线上的电力损失极少。在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全,在进户之前再次降低至市电电压(中国、香港220V)或者适用的电压供用电器使用。 一般使用的交流电为三相交流电,其电缆有三条火线和一条公共地线,三条火线上的正弦波各有120°之相位差。对于一般用户只使用其中的一或两条相线(一条时需要零线)。   近年来直流变压及输电技术取得了长足的发展,而高压直流输电的浪费会比较小;因此未来有望取代交流电以解决交流电的安全性和交直流转换问题。

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