交流电的基本参数：周期、频率、相位、振幅、谐波振荡

交流电是一种方向和强度周期性变化的电流。由于交流电的强度通常按正弦规律变化，因此交流电是电压和电流的正弦波波动。

因此，适用于正弦电振荡的一切都适用于交流电。正弦振荡是振荡值按正弦规律变化的振荡，本文将讨论交流参数。

EMF 的变化和连接到此类电源的线性负载的电流变化将遵循正弦规律。在这种情况下，交变 EMF、交变电压和电流可以通过它们的四个主要参数来表征：

• 时期;

• 频率;

• 振幅;

• 有效值。

还有一些额外的参数：

• 角频率；

• 阶段;

• 立即值。

接下来，我们将分别和一起查看所有这些参数。

期间 T。

周期——振荡的系统通过所有中间状态并再次返回其初始状态所需的时间。

交流电的周期T是电流或电压变化一个完整周期的时间间隔。

由于交流电的来源是发电机，其周期与其转子的转速有关，发电机绕组或转子的转速越高，产生的交变电动势的周期越短，因此，结果是负载的交流电。

该周期以秒、毫秒、微秒、纳秒为单位，具体取决于考虑该电流的特定情况。上图显示了电压 U 如何随时间变化，同时具有恒定的特征周期 T。

频率f

频率 f 是周期的倒数，在数值上等于 1 秒内电流或 EMF 变化的周期数。即f=1/T。频率的计量单位是赫兹（Hz），以19世纪对电动力学的发展做出重大贡献的德国物理学家海因里希赫兹的名字命名。周期越短，EMF 或电流变化的频率就越高。

今天在俄罗斯，电网交流电的标准频率是50赫兹，即1秒内电网电压出现50次波动。

在电动力学的其他领域，使用更高的频率，例如在现代逆变器中使用 20 kHz 或更高，在电动力学的较窄领域中使用高达几 MHz。在上图中可以看到一秒内有50次完整的振荡，每次持续0.02秒，1 / 0.02 = 50。

从正弦交流电随时间变化的曲线图可以看出，不同频率的电流在同一时间间隔内所包含的周期数不同。

角频率

角频率——在 2pi 秒内进行的振荡次数。

在一个周期内，正弦电动势或正弦电流的相位变化2pi弧度或360°，因此交流正弦电流的角频率等于：

使用2pi sec.（而不是1 sec.）的振荡次数很方便，因为在表示谐波振荡期间电压和电流变化规律的公式中，表示交流电的电感或电容电阻，并且在许多在其他情况下，振荡频率 n 与乘数 2pi 一起出现。

阶段

Phase — 状态，周期性过程的阶段。在正弦振荡的情况下，术语相位具有更明确的含义。实际上，通常不是相位本身起作用，而是任意两个周期过程之间的相移。

在这种情况下，术语“相位”被理解为过程发展的一个阶段，在这种情况下，相对于交流电和正弦电压，相位被称为交流电在特定时刻的状态时间。

图中显示：电压U1与电流I1同相重合，电压U1与U2反相重合，电流I1与电压U2相移。相移以弧度为单位，周期的一部分以度为单位。

也可以看看： 什么是相位、相角和相移

振幅 Um 和 Im

说到正弦交流电或正弦交流电动势的大小，电动势或电流的最高值称为振幅或振幅（最大值）值。

振幅 — 进行谐波振荡的量的最大值（例如，交流电中电流强度的最大值，振荡摆与平衡位置的偏差），振荡量与特定值的最大偏差，有条件的接受为初始零。

严格来说，振幅一词仅指正弦振荡，但通常（不完全正确）在上述意义上适用于所有振荡。

如果我们谈论交流发电机，那么其端子的 EMF 每个周期两次达到一个幅度值，其中第一次是 + Em，第二次是 Em，分别在正半周期和负半周期。电流 I 的行为类似，因此用 Im 表示。

谐波振动 — 振荡量，例如电路中的电压，根据谐波正弦或余弦定律随时间变化的振荡。用正弦曲线图形表示。

实际过程只能近似谐波振荡。然而，如果振荡反映了该过程的最典型特征，那么这样的过程被认为是谐波，这极大地促进了许多物理和技术问题的解决。

接近谐波振荡的运动发生在各种系统中：机械（钟摆的振荡）、声学（风琴管中气柱的振荡）、电磁（LC 电路中的振荡）等。振荡理论从统一的角度考虑这些物理性质不同的现象，并确定它们的共同性质。

使用以恒定角速度绕垂直于该矢量并通过其原点的轴旋转的矢量以图形方式表示谐波振荡很方便。矢量的旋转角速度对应于谐波振荡的圆频率。

谐波振动矢量图

任何形式的周期性过程都可以分解为具有不同频率、振幅和相位的无限系列简谐振动。

和谐 — 一种谐波振动，其频率是其他振动频率的整数倍，称为基音。谐波的多少表示其频率大于基音频率的多少倍（如三次谐波就是频率是基音频率的三倍的谐波振动）。

任何周期性但非谐波（即形状不同于正弦波）的振荡都可以表示为谐波振荡的总和——基音和一些谐波。所考虑的振荡与正弦波的形式差异越大，它包含的谐波就越多。

u 和 i 的瞬时值

某一时刻的电动势或电流的值称为瞬时值，用小写字母u和i表示。但由于这些值一直在变化，因此不方便从中估算交流电流和电动势。

I、E、U的有效值

交流电执行有用功的能力，例如机械转动电机转子或在加热设备上产生热量，可以通过电动势和电流的有效值方便地估算。

所以， 有效现值 称为这样一种直流电的值，当在所考虑的交流电的一个周期内通过导体时，产生与该交流电相同的机械功或相同量的热量。

电压、电动势和电流的 RMS 值用大写字母 I、E 和 U 表示。对于正弦交流电和对于正弦交流电压，有效值是：

为了描述电气网络，使用电流和电压的有效值很方便。例如，220-240 伏的值是现代家用插座中电压的有效值，幅度要高得多——从 311 到 339 伏。

电流也是一样，比如说流过家用取暖器的电流是8安培，就是有效值，而幅值是11.3安培。

以某种方式，电气装置中的机械功和电能与电压和电流的有效值成正比。很大一部分测量设备准确显示电压和电流的有效值。