电气小科普什么是正弦交流电

• 2023-10-24 21:30:23 • 0次

一、正弦交流电的基本特点大小和方向随时间做有规律变化的电压和电流称为交流电。正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的电压和电流。交流电的大小和方向都随时间不断变化，也就是说，每一瞬间电压和电流的数值都不相同。图2-1　不同交流电的波形正弦波的解析图如图2-2所示。如果圆周上的一点D 由D0开始以恒定

一、正弦交流电的基本特点

大小和方向随时间做有规律变化的电压和电流称为交流电。正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的电压和电流。交流电的大小和方向都随时间不断变化，也就是说，每一瞬间电压和电流的数值都不相同。

图2-1　不同交流电的波形

正弦波的解析图如图2-2所示。如果圆周上的一点D 由D0开始以恒定角速度旋转，在任意时刻，如D0、D1、D2……在y轴上的坐标可以用正弦函数的公式sinθ来表示，设圆的半径为r，相位角为θ，当D 绕圆心旋转一周时，y的值与旋转角度的关系就是一个正弦曲线。

在现代工农业生产和日常生活中，从发电站送来的电能都是交流电，而各种电池提供的能源则都是直流电。交流电在生产和使用中具有明显的优势和重大的经济意义。例如，在远距离传输时，将交流电的电压升高，采用高压输电线可减少线路上的电能损耗；当电能输送到用户，又可进行降压处理，以便安全使用。这种升压和降压，在交流供电系统中可以很方便地由变压器来实现。很多用电设备直接由交流电源驱动。交流电也可以借助于变压器和整流设备转化成为直流电。

从图2-2可见，正弦交流电的变化非常平滑且不易产生高次谐波，不仅安全性好，而且有利于减少电气设备运行中的能量损耗。非正弦波交流电都是由不同频率的正弦信号叠加而成的，例如方波脉冲电流可以分解成无限个不同频率的正弦波。

图2-2　正弦波的分解图

二、正弦交流电的产生

在日常的生产和生活中，电动机应用的场合很多，很多设备都是采用电动机作为动力源。给电动机加上交流电源，电动机就会运转。常见的交流异步电动机是由定子绕组和转子构成的，交流电源加到定子绕组上就会产生旋转磁场，旋转磁场便会带动转子旋转。而发电机则相反，旋转转子就会在定子绕组中感应出交变的电压。

交流发电机的基本结构和原理如图2-3所示。转子是由永磁体构成的，当水轮机或汽轮机带动发电机转子旋转时，转子磁极旋转，会对定子绕组辐射磁场，磁力线切割定子绕组，定子绕组中便会产生感应电动势，转子磁极转动一周就会使定子绕组产生相应的电动势。

图2-3　交流发电机的结构和原理

由于感应电动势的强弱与感应磁场的强度成正比，感应电动势的极性也与感应磁场的极性相对应。定子绕组所受到的感应磁场是正反向交替周期性变化的。转子磁极匀速转动时，感应磁场是按正弦规律变化的，发电机输出的电动势则为正弦波形。

发电机是根据电磁感应原理产生电动势的，当绕组受到变化磁场的作用时，即绕组切割磁力线便会产生感应磁场，感应磁场的方向与作用磁场方向相反。发电机的转子可以被看作是一个永磁体，如图2-4所示，当N 极旋转并接近定子绕组时，会使定子绕组产生感应磁场，方向为N →S，绕组产生的感应电动势为一个逐渐增强的曲线，当转子磁极转过绕组继续旋转时，感应磁场则逐渐减小。

图2-4　发电机感应电动势产生的过程

当转子磁极继续旋转时，转子磁极S 开始接近定子绕组，磁场的磁极发生了变化，如图2-4所示，定子绕组所产生的感应电动势极性也翻转180° ，感应电动势输出为反向变化的曲线。转子旋转一周，感应电动势会重复变化一次。由于转子旋转的速度是均匀恒定的，因此输出电动势的波形为正弦波。

单相交流电的产生

在发电机中如定子绕组是一组，它所产生的感应电动势也为一组，如图2-5所示，由两条线传输，这种电源就是单相电源。这种方式多在小型移动发电机中采用。

图2-5　单相交流电的产生

2.两相交流电的产生

在发电机内设有两组定子绕组互相垂直地分布在转子外围，如图2-6所示。转子旋转时两组定子绕组产生两组感应电动势，这两组电动势之间有90° 的相位差。这种电源为两相电源。这种方式多在自动化设备中使用。

图2-6　两相交流电的产生

三、正弦交流电路的应用

单相正弦交流电路普遍用于人们的日常生活和生产中，如照明和家庭用电。

通常，家庭中所使用的单相正弦交流电路往往是三相电源分配过来的。如图2-7所示，供配电系统送来的电源多为交流380V 电源。这种电源是由3根相位差为120° 的相线和一根零线构成的。3根相线之间的电压为380V，而每根相线与零线之间的电压为220V。这样，三相交流380V 电源就可以分成3组单相220V 电源使用。

从结构上看，单相正弦交流电路是由一根相线和一根零线组成的，主要可分为单相两线式和单相三线式两种供电方式。