交流電
交流電( alternating current )，簡稱為AC。交流電也稱「交變電流」，簡稱「交流」。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。但實際上還有應用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。[1]
| 交流電 | |
|---|---|
當發現了電磁感應後，產生交流電流的方法則被發現。早期的成品由尼古拉·特斯拉、邁克爾·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。其中，波利特·皮克西在1832年基於邁克爾·法拉第的原理製造了第一台交流電機。
目錄
基本信息
發展歷史
當發現了電磁感應後，產生交流電流的方法就被知曉。早期的成品由英國人麥可·法拉第（Michael Faraday）與法國人波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）等人開發出來。
1882年，英國電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發電機。開爾文勳爵與塞巴斯蒂安·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。
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。
根據電磁感應定律，當導體周圍的磁場發生變化，感應電流在導體中產生。通常情況下，旋轉磁體稱為轉子，導體繞在鐵芯上的線圈內的固定組，稱為定子，當其跨越磁場時，便產生電流。產生交流電的基本機械稱為交流發電機。
產生原理
交流電是根據電磁感應原理產生的，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周期性改變的正弦交流電。
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」。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。
將一個可以繞固定轉動軸轉動的單匝線圈abcd放置在勻強磁場中，為了避免在線圈轉動過程中，兩根引出的導線扭絞在一起，把線圈兩根引線分別接到與線圈一起轉動的兩個銅環上，銅環通過電刷與外電路連接。當線圈abcd在外力作用下，在勻強磁場中以角速度勻速轉動時，線圈的ab邊和cd邊作切割磁感線運動，線圈中產生感應電動勢。如果外電路是閉合的，閉合迴路中將產生感應電流。ad和bc邊的運動不切割磁感線，則不產生感應電流。
發電機產生的電動勢按正弦規律變化，可以向外電路輸送正弦交流電。應當指出，實際的發電機構造比較複雜，線圈匝數很多，而且嵌在硅鋼片製成的鐵心上，叫做電樞；磁極是由電磁鐵構成的。一般多採用旋轉磁極式，即電樞不動，磁極轉動。[3]
正弦交流電的表示方法
大小與方向均隨時間按正弦規律做周期性變化的電流、電壓、電動勢叫做正弦交流電流、電壓、電動勢，在某一時刻t的瞬時值可用三角函數式(解析式)來表示
i(t)=Imsin(ωt+ji0)
u(t)=Umsin(ωt+ju0)
e(t)=Emsin(ωt+je0)
式中，Im、Um、Em分別叫做交流電流、電壓、電動勢的振幅(也叫做峰值或最大值)，電流的單位為安培(A)，電壓和電動勢的單位為伏特(V);ω叫做交流電的角頻率，單位為弧度/秒(rad/s)，它表徵正弦交流電流每秒內變化的電角度;ji0、ju0、je0分別叫做電流、電壓、電動勢的初相位或初相，單位為弧度rad或度(0)
正弦交流電的三要素： 最大值、 角頻率、 初相位(初相)
主要參數
1、瞬時值：交流電在某一個瞬間的數值稱為瞬時值。
瞬時值一般用小寫英文字母e、u、i表示，可以用e= Vm*sinwt來求得。Vm是由線圈的形狀或磁鐵的強弱來決定的。
2、最大值：瞬時值最大的時候叫做最大值。
最大值一般用大寫英文字母加右下標 Em、Um、Im來表示。
3、有效值：交流電的有效值是通過熱效應來定義的。 在交流電變化的一個周期內，交流電流在電阻R上產生的熱量相當於多大數值的直流電流在該電阻上所產生的熱量，此直流電流的數值就是該交流電流的有效值。[4]
有效值一般用大寫英文字母E、 U、 I表示。通常，交流電錶都是按有效值來刻度的。一般不作特別說明時，交流電的大小均是指有效值。例如市電220伏特，就是指其有效值為220伏特。
4、平均值：用交流電的半個周期來計算。
5、周期（Cycle）：正弦交流電循環變化一周所需要的時間叫做周期；單位是秒（s） [5]
6、頻率（Frequency）：正弦交流電在一秒鐘內循環變化的周數叫做頻率；單位是赫茲（Hz）目前，我國生活工作用電的頻率為50Hz。
應用
交流電開始得到廣泛應用還是在19世紀80年代以後，那時相繼發明了變壓器、三相制、旋轉磁場和異步電動機；交流電路理論也隨着這些應用的需要而逐步建立，例如用相量表示正弦量的方法就是1893年C.P.施泰因梅茨提出的。1907年三極真空管的發明，為產生更高頻率的交流電及其在無線電方面的應用提供了條件。
目前，在動力方面,絕大部分電力網都是交流的,因為交流電可以方便地變換電壓；交流電機在結構上也比直流電機簡單；在需要直流的地方還可以很方便地採用電子整流裝置。中國1980年在東北建立的超高壓輸變電線路就是用的50萬伏交流電。
在信息傳輸方面也時常用到交流電，例如載波通信的載波電流就是交流電。 [6]
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焦耳定律（P =I ²R）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，很難降低目前使用的輸電線路（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（實際上有功功率 ），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或者適用的電壓供用電器使用。
按相位分類
目前各國使用的交流電相位主要為單相及三相。
1、三相交流電: 電動勢、電壓及電流的最大值相等、頻率相同，彼此之間有120°相位差的三個正弦交流電。[7]
三相交流電，輸電時只有三條火線，供電給客戶時有三條火線和中線。只使用其中一條相線及中線，便是單相電。火線如果相電壓是220V，線電壓則是380V。
三相電一般為三相四線。三個相線的符號為L1，L2，L3，也可以分別表示為A，B，C，分別代表相線1，相線2，相線3，L為Live Wire的縮寫，零線的符號為N，為Neutral Wire的縮寫。地線為E，為Earth的縮寫。
2、單相交流電 ;交流電（AC）是指大小和方向會隨時間周期性變化的電壓或電流。大多數的電器設備都是由交流220V、50Hz作為供電電源，這是我國公共用電的統一標準。
單相交流電，其電纜有一條火線和一條中線，用於一般住宅及商業樓宇。[8]
單相電有火線和零線兩條線，火線為L，為Live Wire的縮寫，零線為N，為Neutral Wire的縮寫。地線為E，為Earth的縮寫，也可以寫作PE，為Protecting Earth的縮寫。
工頻的來源
最早的商用交流電頻率是60Hz，電壓是110V，由美國西屋電氣公司實現，商用交流電網也是在美國首次投入運營，而美國是採用英制單位的，為計算方便故採用了60Hz/110V的規格。
商用交流電大獲成功之後，歐洲迅速引進了交流發電、饋電技術，而歐洲除英國外均使用公制單位，為計算方便將頻率改為了50Hz。後因110V電壓較低，電網傳輸損耗較大，為改善這種狀況，在交流電網沒有大規模建設因而沒有「負擔」的歐陸國家採用了220V的電壓規格，這是由110V倍壓而來，技術改造相對最簡單，於是在歐陸國家就形成了220V/50Hz的交流電網標準。
中國最早的交流電網並沒有統一的標準，只是局部的小型電網，設備由各發達工業國提供，規格五花八門，在蔣介石基本統一中國後，選定了公制為中國的度量衡標準，故電網的建設開始全面轉向公制基礎。1949年以後，中國的工業化全面轉向蘇聯模式，電網建設也遵照蘇聯標準，而蘇聯採用的也是歐陸標準，於是 220V/50Hz最終定格為中國的電網標準。[9]
相關視頻
1、三相交流電的產生
2、什麼是直流電交流電
外部連結
參考來源
- ↑ 交流電之父——特斯拉對交流電的貢獻,電子發燒友網，2017年12月25日
- ↑ 交流電之父——特斯拉對交流電的貢獻,電子發燒友網，2017年12月25日
- ↑ 正弦交流電的產生,個人圖書館網，2018-07-06
- ↑ 交流電的產生,高中物理網
- ↑ 電源基礎知識-交流電、三相電流,日圖科技網，2019-10-26
- ↑ 交流電產生和應用,天涯社區網，2009-12-09
- ↑ 電源基礎知識-交流電、三相電流,日圖科技網，2019-10-26
- ↑ 直流電與交流電基礎知識,土木工程網，2018-03-28
- ↑ 交流電的頻率,中國科學院國家授時中心網，2012-09-19