交流电

交流电( alternating current )，简称为AC。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。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。

交流电
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当发现了电磁感应后，产生交流电流的方法则被发现。早期的成品由尼古拉·特斯拉、迈克尔·法拉第与波利特·皮克西等人开发出来。其中，波利特·皮克西在1832年基于迈克尔·法拉第的原理制造了第一台交流电机。

目录

基本信息

中文名：交流电

外文名：Alternating Current

产生原理 ：电磁感应原理

工频 ： 50Hz

大小表示： 有效值

发展历史

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当发现了电磁感应后，产生交流电流的方法就被知晓。早期的成品由英国人麦可·法拉第（Michael Faraday）与法国人波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）等人开发出来。

1882年，英国电工詹姆斯·戈登建造了大型双相交流发电机。开尔文勋爵与塞巴斯蒂安·费兰蒂（Sebastian Ziani de Ferranti）开发早期交流发电机，频率介于100赫兹至300赫兹之间。

1891年，尼古拉·特斯拉取得了交流发电机的专利。

1891年后，多相交流发电机被用来供应电流，此后的交流发电机的交流电流频率通常设计在16赫兹至100赫兹间，搭配弧光灯、白炽灯或电动机使用。

根据电磁感应定律，当导体周围的磁场发生变化，感应电流在导体中产生。通常情况下，旋转磁体称为转子，导体绕在铁芯上的线圈内的固定组，称为定子，当其跨越磁场时，便产生电流。产生交流电的基本机械称为交流发电机。

产生原理

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交流电是根据电磁感应原理产生的，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。

交流电（alternating[ˈɔltərˌneɪt] current[ˈkɚrənt, ˈkʌr-]），简称为AC。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。

将一个可以绕固定转动轴转动的单匝线圈abcd放置在匀强磁场中，为了避免在线圈转动过程中，两根引出的导线扭绞在一起，把线圈两根引线分别接到与线圈一起转动的两个铜环上，铜环通过电刷与外电路连接。当线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度匀速转动时，线圈的ab边和cd边作切割磁感线运动，线圈中产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路中将产生感应电流。ad和bc边的运动不切割磁感线，则不产生感应电流。

发电机产生的电动势按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。应当指出，实际的发电机构造比较复杂，线圈匝数很多，而且嵌在硅钢片制成的铁心上，叫做电枢；磁极是由电磁铁构成的。一般多采用旋转磁极式，即电枢不动，磁极转动。

正弦交流电的表示方法

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大小与方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势，在某一时刻t的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示

i(t)=Imsin(ωt+ji0)

u(t)=Umsin(ωt+ju0)

e(t)=Emsin(ωt+je0)

式中，Im、Um、Em分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做峰值或最大值)，电流的单位为安培(A)，电压和电动势的单位为伏特(V);ω叫做交流电的角频率，单位为弧度/秒(rad/s)，它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度;ji0、ju0、je0分别叫做电流、电压、电动势的初相位或初相，单位为弧度rad或度(0)

正弦交流电的三要素： 最大值、 角频率、 初相位(初相)

主要参数

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1、瞬时值：交流电在某一个瞬间的数值称为瞬时值。

瞬时值一般用小写英文字母e、u、i表示，可以用e= Vm*sinwt来求得。Vm是由线圈的形状或磁铁的强弱来决定的。

2、最大值：瞬时值最大的时候叫做最大值。

最大值一般用大写英文字母加右下标 Em、Um、Im来表示。

3、有效值：交流电的有效值是通过热效应来定义的。 在交流电变化的一个周期内，交流电流在电阻R上产生的热量相当于多大数值的直流电流在该电阻上所产生的热量，此直流电流的数值就是该交流电流的有效值。

有效值一般用大写英文字母E、 U、 I表示。通常，交流电表都是按有效值来刻度的。一般不作特别说明时，交流电的大小均是指有效值。例如市电220伏特，就是指其有效值为220伏特。

4、平均值：用交流电的半个周期来计算。

5、周期（Cycle）：正弦交流电循环变化一周所需要的时间叫做周期；单位是秒（s）

6、频率（Frequency）：正弦交流电在一秒钟内循环变化的周数叫做频率；单位是赫兹（Hz）目前，我国生活工作用电的频率为50Hz。

应用

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交流电开始得到广泛应用还是在19世纪80年代以后，那时相继发明了变压器、三相制、旋转磁场和异步电动机；交流电路理论也随着这些应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年三极真空管的发明，为产生更高频率的交流电及其在无线电方面的应用提供了条件。

目前，在动力方面,绝大部分电力网都是交流的,因为交流电可以方便地变换电压；交流电机在结构上也比直流电机简单；在需要直流的地方还可以很方便地采用电子整流装置。中国1980年在东北建立的超高压输变电线路就是用的50万伏交流电。

在信息传输方面也时常用到交流电，例如载波通信的载波电流就是交流电。

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焦耳定律（P =I ²R）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（实际上有功功率 ），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或者适用的电压供用电器使用。

按相位分类

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目前各国使用的交流电相位主要为单相及三相。

1、三相交流电: 电动势、电压及电流的最大值相等、频率相同，彼此之间有120°相位差的三个正弦交流电。

三相交流电，输电时只有三条火线，供电给客户时有三条火线和中线。只使用其中一条相线及中线，便是单相电。火线如果相电压是220V，线电压则是380V。

三相电一般为三相四线。三个相线的符号为L1，L2，L3，也可以分别表示为A，B，C，分别代表相线1，相线2，相线3，L为Live Wire的缩写，零线的符号为N，为Neutral Wire的缩写。地线为E，为Earth的缩写。

2、单相交流电 ;交流电（AC）是指大小和方向会随时间周期性变化的电压或电流。大多数的电器设备都是由交流220V、50Hz作为供电电源，这是我国公共用电的统一标准。

单相交流电，其电缆有一条火线和一条中线，用于一般住宅及商业楼宇。

单相电有火线和零线两条线，火线为L，为Live Wire的缩写，零线为N，为Neutral Wire的缩写。地线为E，为Earth的缩写，也可以写作PE，为Protecting Earth的缩写。

工频的来源

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最早的商用交流电频率是60Hz，电压是110V，由美国西屋电气公司实现，商用交流电网也是在美国首次投入运营，而美国是采用英制单位的，为计算方便故采用了60Hz/110V的规格。

商用交流电大获成功之后，欧洲迅速引进了交流发电、馈电技术，而欧洲除英国外均使用公制单位，为计算方便将频率改为了50Hz。后因110V电压较低，电网传输损耗较大，为改善这种状况，在交流电网没有大规模建设因而没有“负担”的欧陆国家采用了220V的电压规格，这是由110V倍压而来，技术改造相对最简单，于是在欧陆国家就形成了220V/50Hz的交流电网标准。

中国最早的交流电网并没有统一的标准，只是局部的小型电网，设备由各发达工业国提供，规格五花八门，在蒋介石基本统一中国后，选定了公制为中国的度量衡标准，故电网的建设开始全面转向公制基础。1949年以后，中国的工业化全面转向苏联模式，电网建设也遵照苏联标准，而苏联采用的也是欧陆标准，于是 220V/50Hz最终定格为中国的电网标准。

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外部连结

• 直流电与交流电基础知识