交流电是什么?交流电的概念
生活用电和工业用电应该大家都明白它是交流电,而且它成为正弦交流电。应该有个很明显的现象,就算不知道应该也注意到了,就是用万用表测量家用电不管怎么交换表笔都不会变为负值,而测直流电时就会有正负值。主要原因是交流电的大小和方向会随着时间做周期性变化而,而直流电的大小和方向不会随着时间做周期性变化。交流电的波形图为正弦曲线,而直流电则为一条直线。
生活用电为交流220V,就是火线跟零线之间的电压,也叫相电压,而这里的相电压指的是有效值。那么有效值电又是怎么定义的呢?其实指的就是让交直流电通过同等负载且在同一时间产生同等热量,那么这个负载上的直流电压就为这个负载交流电压的有效值。这样一说,其实我们用的机电设备、家电等其铭牌所注的额定电压都指是有效值。
既然说到交流电的有效值,那肯定还有最大值。因为发电机出来的交流电压随时间以正弦函数变化,因此不同时间它的瞬时电压值是不同的。最终通过理论计算得出,其最大电压U=有效值电压的根号2倍,如果有效值为220V,即它的最大值为311V。
交流电的概念是,大小和方向都随时间呈周期性变化的电动势、电压、电流统称为交流电。交流电分为正弦波交流电和非正弦波交流电。正弦波交流电被广泛使用,我们常说的三相380V、单相220V市电均为正弦波交流电。常用的小型发电机输出的也是正弦交流电。非正弦交流电用的很少,小功率UPS输出的电压为接近方波的非正弦交流电。下面主要说说正弦交流电。
1,单相正弦交流电。大小和方向随时间按正弦规律变化的电压、电流,统称为正交流电,我们用的~220V市电就是正弦交流电,220V指的是有效值,其最大值Um=220√2=311V,频率f=50Hz,周期T=1/50=20mS。最大值Um、频率f、初相位φ三者,称为正弦交流电的三要素。波形如下图。
2,三相正弦交流电。我国民用电采用三相正弦交流电,三相四(五)线制供电,其中A、B、C三相也称为火线,它们对零线N的电压称为相电压Ua、Ub、Uc,有效值均为220V,相位上相互差120º。A、B、C三相之间的电压称为线电压Uab、Ubc、Uca,其大小关系是Uab=Ubc=Uca=√3Ua=√3Ub=√3UC=220×√3=380V,线电压Uab在相位上超前相电压30º,其余类推,波形图如下。
三相正弦交流电压的表达式为。ua=√2Usinωt,ub=√2Usin(ωt-120º),uc=√2sin(ωt+120º)。式中,U为电压有效值,市电为220Ⅴ;Um=√2U为最大值或叫峰值,市电为Um=√2×220=311V;ω为角频率,对于市电来说,ω=2πf=2×3.14×50=314rad/s。