什么是交流电，它与直流电有何不同

交流电，相反 直流电流, 在大小和方向上都在不断变化，并且这些变化是周期性发生的，也就是说，它们以完全相等的间隔重复出现。

要在电路中感应出这样的电流，请使用产生交流 EMF 的交流电源，周期性地改变大小和方向。这种电源称为交流发电机。

在图。图 1 显示了最简单的设备图（模型） 交流发电机. 

由铜线制成的矩形框架，固定在轴上并使用皮带传动在田间旋转 磁铁…框架的末端焊接到铜环上，铜环随着框架旋转，在接触板（电刷）上滑动。

图 1. 最简单的交流发电机示意图

让我们确保这样的设备确实是可变 EMF 的来源。

假设一块磁铁在它的两极之间产生 均匀磁场，即磁场各部分的磁力线密度相同。旋转时，框架穿过其两侧 a 和 b 的磁场力线 电磁场诱导. 

框架的 c 侧和 d 侧不起作用，因为当框架旋转时，它们不穿过磁场的力线，因此不参与 EMF 的产生。

在任何时刻，a 侧出现的 EMF 与 b 侧出现的 EMF 方向相反，但在框架中，两个 EMF 都根据并添加到总 EMF，即由整个框架引起。

如果我们使用已知的右手法则来确定 EMF 的方向，这很容易检查。

为此，将右手的手掌朝向磁铁的北极，弯曲的拇指与我们想要确定 EMF 方向的框架那一侧的移动方向一致。然后其中的EMF的方向将由伸出的手的手指指示。

对于框架的任何位置，我们确定 a 和 b 侧的 EMF 方向，它们总是相加并在框架中形成总 EMF。同时，随着框架的每一次旋转，框架中的总电动势的方向变为相反，因为在一圈中框架的每个工作侧都经过磁铁的不同磁极。

框架中感应的 EMF 的大小也会随着框架侧面穿过磁场线的速率的变化而变化。事实上，当框架接近其垂直位置并通过它时，穿过框架两侧力线的速度最高，并且在框架中感应出最大的电动势。在那些时刻，当框架通过其水平位置时，它的侧面似乎沿着磁场线滑动而不与它们交叉，并且没有感应电动势。

因此，随着框架的均匀旋转，将在其中感应出一个 EMF，其大小和方向都会发生周期性变化。

框架中出现的 EMF 可由设备测量并用于在外部电路中产生电流。

使用 电磁感应现象，您可以获得交流电动势，因此可以获得交流电。

工业用交流电和 用于照明 由蒸汽或水轮机和内燃机驱动的强大发电机产生。

交流和直流电流的图形表示

图形方法可以可视化某个变量随时间变化的过程。

绘制随时间变化的变量首先绘制两条相互垂直的线，称为图形的轴。然后，在水平轴上以一定比例绘制时间间隔，在垂直轴上也以一定比例绘制要绘制的量值（EMF、电压或电流）。

在图。 2 图中的直流电和交流电......在这种情况下，我们延迟电流值和一个方向的电流值，通常称为正向，从轴 O 的交点垂直延迟, 从这一点向下，相反的方向，通常称为负方向。

图 2. 直流和交流的图示

O 点本身既作为当前值（垂直向下和向上）和时间（水平向右）的原点。换句话说，这个点对应于电流的零值，也是我们打算从这个时间点开始追踪电流在未来会如何变化。

让我们验证一下图中绘制的内容的正确性。 2 和 50 mA 直流电流图。

由于这个电流是恒定的，即不随时间改变其大小和方向，所以相同的电流值会对应不同的时刻，即50毫安。因此，在时间为零的瞬间，即在我们观察电流的初始时刻，它将等于 50 毫安。在垂直轴上绘制等于 50 mA 电流值的线段向上，我们获得图形的第一个点。

我们必须对时间轴上的点 1 对应的下一个时刻做同样的事情，即从该点垂直向上推迟一段也等于 50 mA。段的末尾将为我们定义图形的第二个点。

对随后的几个时间点进行了类似的构造，我们得到了一系列点，这些点的连接将给出一条直线，这是 50 mA 恒定电流值的图形表示。

绘制可变 EMF

让我们继续研究 EMF 的变量图……在图 1 中。在图 3 中，顶部显示了在磁场中旋转的坐标系，下面给出了所得变量 EMF 的图形表示。

图 3. 绘制变量 EMF

我们开始均匀地顺时针旋转框架，并跟踪其中EMF的变化过程，以框架的水平位置为初始时刻。

在这个初始时刻，EMF 将为零，因为框架的边没有穿过磁力线。在图中，对应于 t = 0 时刻的 EMF 零值由点 1 表示。

随着框架的进一步旋转，EMF 将开始出现在其中并会增加，直到框架到达其垂直位置。在图表上，EMF 的这种增加将由达到峰值（点 2）的平滑上升曲线表示。

随着框架接近水平位置，其中的 EMF 将减小并降至零。在图表上，这将被描述为一条下降的平滑曲线。

因此，在对应于框架旋转半圈的时间内，其中的 EMF 能够从零增加到最大值并再次减小到零（第 3 点）。

随着坐标系的进一步旋转，EMF 将重新出现在其中并逐渐增大，但其方向已经变为相反，应用右手法则可以看出。

该图考虑了 EMF 方向的变化，因此表示 EMF 的曲线穿过时间轴，现在位于该轴下方。 EMF 再次增加，直到框架呈现垂直位置。

然后 EMF 将开始减小，当框架在完成一整圈后返回到其原始位置时，其值将变为零。在图表上，这将通过以下事实来表达：EMF 曲线在相反方向（点 4）达到峰值，然后将与时间轴（点 5）相交

这完成了一个改变 EMF 的循环，但是如果你继续旋转框架，第二个循环立即开始，完全重复第一个，然后是第三个，然后是第四个，依此类推，直到我们停止旋转框架。

因此，对于框架的每个旋转，其中出现的 EMF 完成其变化的完整循环。

如果框架对某些外部电路关闭，则交流电将流过电路，其图形看起来与 EMF 图相同。

产生的波形称为正弦波，根据此定律变化的电流、电动势或电压称为正弦波。

曲线本身称为正弦曲线，因为它是称为正弦的可变三角量的图形表示。

电流变化的正弦特性在电气工程中最为常见，因此，说到交流电，在大多数情况下都是指正弦电流。

为了比较不同的交流电（EMF 和电压），存在表征特定电流的值。这些称为 AC 参数。

周期、幅度和频率 - 交流参数

交流电的特征在于两个参数——月周期和振幅，知道这两个参数我们可以估计它是哪种交流电并构建电流图。

图 4. 正弦电流曲线

电流变化一个完整周期发生的时间段称为周期。周期用字母 T 表示，以秒为单位。

电流变化一个完整周期的一半发生的时间称为半周期，因此电流（电动势或电压）变化的周期由两个半周期组成。很明显，同一交流电的所有周期彼此相等。

从图中可以看出，在其变化的一个周期内，电流达到其最大值的两倍。

交流电（EMF 或电压）的最大值称为其振幅或峰值电流值。

Im、Em 和 Um 是电流、EMF 和电压幅度的常用名称。

首先，我们关注了 峰值电流但是，从图中可以看出，比振幅小的中间值不计其数。

任意选定时刻对应的交流电（电动势、电压）的值称为其瞬时值。

i、e 和 u 是普遍接受的电流、电动势和电压瞬时值的名称。

借助图表很容易确定电流的瞬时值及其峰值。为此，从我们感兴趣的时间点对应的水平轴上的任意一点，画一条垂直线到与当前曲线的交点；由此产生的垂直线段将确定给定时间的电流值，即瞬时值。

显然，从图形起点经过时间 T / 2 后的电流瞬时值将为零，而经过时间 T / 4 后其幅值。电流也达到峰值；但在等于 3/4 T 的时间后，已经在相反的方向上。

因此，该图显示了电路中的电流如何随时间变化，并且电流的大小和方向只有一个特定值对应于每个时刻。在这种情况下，电路中某一点在给定时间点的电流值与该电路中任何其他点的电流值完全相同。

称为交流频率1秒内电流完成的完整周期数，用拉丁字母f表示。

要确定交流电的频率，即找出其电流在 1 秒内变化了多少个周期，需要将 1 秒除以一个周期的时间 ​​f = 1 / T。 知道频率的交流电，可以确定周期：T = 1 / f

交流频率 它以称为赫兹的单位进行测量。

如果我们有频率等于 1 赫兹的交流电，那么这种电流的周期将等于 1 秒。反之，如果电流的变化周期为1秒，那么这种电流的频率就是1赫兹。

因此，我们定义了交流参数——周期、振幅和频率——使您能够区分不同的交流电流、EMF 和电压，并在必要时绘制它们的图形。

在确定各种电路对交流电的阻值时，用另一个表征交流电的辅助值，即所谓角或角频率。

圆频率表示为与频率 f 的比率 2 pif

让我们解释一下这种依赖关系。在绘制可变 EMF 图时，我们看到框架的一次完整旋转会导致 EMF 变化的完整循环。也就是说，框架转一圈，即旋转360°，需要的时间等于一个周期，即T秒。然后，在 1 秒内，框架进行 360°/T 旋转。因此，360°/T是1秒内框架旋转的角度，表示框架旋转的速度，通常称为角速度或圆速度。

但由于周期 T 与频率 f 的关系为 f = 1 / T，因此圆周速度也可以表示为频率，等于 360°f。

所以我们得出结论，360°f。但是，为了方便使用圆频率进行任何计算，将转一圈对应的 360° 角替换为等于 2pi 弧度的径向表达式，其中 pi = 3.14。所以我们最终得到2pif。因此，要确定交流电的角频率（电动势或电压)，您必须将以赫兹为单位的频率乘以常数 6.28。