1.5 直流電與交流電
1.5.1 直流電與直流電路
1 直流電
直流電（Direct Current，DC）是指電流方向不隨時間作周期性變化，由正極流向負極，但電流的大小可能會變化。
直流電可以分為脈動直流和恒定直流兩種，如圖1-16所示，脈動直流中電流大小不穩(wěn)定；而恒定直流中的電流大小是恒定不變的。
圖1-16 脈動直流和恒定直流
一般將可提供直流電的裝置稱為直流電源，例如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機等。直流電源有正、負兩極。當直流電源為電路供電時，直流電源能夠使電路兩端之間保持恒定的電位差，從而在外電路中形成由電源正極到負極的電流，如圖1-17所示。
圖1-17 直流電的特點
2 直流電路
由直流電源作用的電路稱為直流電路，它主要是由直流電源和負載構成的閉合電路。
在生活和生產中電池供電的電器都屬于直流供電方式，如低壓小功率照明燈、直流電動機等。還有許多電器是利用交流-直流變換器，將交流變成直流再為電器供電。圖1-18為直流電動機驅動電路，它采用直流電源供電，這是一個典型的直流電路。
家庭或企事業(yè)單位的供電都是采用交流220V、50Hz的電源，而電子產品內部各電路單元及其元器件則往往需要多種直流電壓，因而需要一些電路將交流220V電壓變?yōu)橹绷麟妷海╇娐犯鞑糠质褂谩?/p>
如圖1-19所示，交流220V電壓經變壓器T，先變成交流低壓（12V）。再經整流二極管VD整流后變成脈動直流，脈動直流經LC濾波后變成穩(wěn)定的直流電壓。
圖1-18 直流電動機驅動電路
圖1-19 直流電源電路
提示說明
如圖1-20所示，一些實用電子產品（如手機、收音機等）是借助充電器給電池充電后獲取電能。值得一提的是，不論是電動車的大型充電器，還是手機、收音機等的小型充電器，都需要從市電交流220V的電源中獲得能量。
充電器的功能是將交流220V變?yōu)樗璧闹绷麟妷汉笤賹π铍姵剡M行充電。還有一些電子產品將直流電源作為附件，制成一個獨立的電路單元，稱為適配器，如筆記本電腦、攝錄一體機等。適配器將220V交流電轉變?yōu)橹绷麟姾鬄橛秒娫O備提供所需要的電壓。
1.5.2 交流電與交流電路
1 交流電
交流電（Alternating Current，AC）是指大小和方向會隨時間周期性變化的電壓或電流。在日常生活中所有的電器產品都需要有供電電源才能正常工作，大多數的電器設備都是由市電交流220V、50Hz作為供電電源，這是我國公共用電的統(tǒng)一標準，交流220V電壓是指相線（即火線）對零線的電壓。
圖1-20 典型實用電子產品中直流電源的獲取方式
如圖1-21所示，交流電是由交流發(fā)電機產生的，交流發(fā)電機有產生單相交流電的機型和產生三相交流電的機型。
圖1-21 交流電的產生
提示說明
交流發(fā)電機的轉子是由永磁體構成的，當水輪機或汽輪機帶動發(fā)電機轉子旋轉時，轉子磁極旋轉，會對定子線圈輻射磁場，磁力線切割定子線圈，定子線圈中便會產生感應電動勢，轉子磁極轉動一周就會使定子線圈產生相應的電動勢（電壓）。由于感應電動勢的強弱與感應磁場的強度成正比，感應電動勢的極性也與感應磁場的極性相對應。定子線圈所受到的感應磁場是正反向交替周期性變化的。轉子磁極勻速轉動時，感應磁場是按正弦規(guī)律變化的，發(fā)電機輸出的電動勢波形為正弦波形。
如圖1-22所示，發(fā)電機根據電磁感應原理產生電動勢，當線圈受到變化磁場的作用時，即線圈切割磁力線便會產生感應磁場，感應磁場的方向與作用磁場方向相反。
圖1-22 發(fā)電機的發(fā)電原理
（1）單相交流電
單相交流電在電路中具有單一交變的電壓，該電壓以一定的頻率隨時間變化，如圖1-23所示。在單相交流發(fā)電機中，只有一個線圈繞制在鐵心上構成定子，轉子是永磁體，當其內部的定子和線圈為一組時，它所產生的感應電動勢（電壓）也為一組（相），由兩條線進行傳輸。
圖1-23 單相交流電的產生
（2）兩相交流電
在發(fā)電機內設有兩組定子線圈互相垂直地分布在轉子外圍，如圖1-24所示。轉子旋轉時兩組定子線圈產生兩組感應電動勢，這兩組電動勢之間有90°的相位差，這種電源稱為兩相電源，多用在自動化設備中。
圖1-24 兩相交流電的產生
（3）三相交流電
三相交流電是由三相交流發(fā)電機產生的。在定子槽內放置著三個結構相同的定子繞組A、B、C，這些繞組在空間互隔120°。轉子旋轉時，其磁場在空間按正弦規(guī)律變化，當轉子由水輪機或汽輪機帶動以角速度ω等速順時針方向旋轉時，在三個定子繞組中就會產生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的三個正弦電動勢，即對稱的三相電動勢，如圖1-25所示。
圖1-25 三相交流電的產生
提示說明
在三相交流電中，相線與零線之間的電壓為220V，而相線與相線之間的電壓為380V，如圖1-26所示。
圖1-26 三相交流電路中的電壓
2 交流電路
我們將交流電通過的電路稱為交流電路。交流電路普遍用于人們的日常生活和生產中，下面就分別介紹一下單相交流電路和三相交流電路。
（1）單相交流電電路
單相交流電路的供電方式主要有單相兩線制、單相三線制，一般的家庭用電都是單相交流電路。
◇單相兩線制。單相兩線制是指供配電線路僅由一根相線（L）和一根零線（N）構成，通過這兩根線獲取220V單相電壓，分配給各用電設備。圖1-27為單相兩線制交流電路在家庭照明中的應用。
◇單相三線制。單相三線制是在單相兩線制的基礎上添加一條地線，即由一根相線、零線和地線構成。其中，地線與相線之間的電壓為220V，零線（中性線N）與相線（L）之間的電壓為220V。由于不同接地點存在一定的電位差，因而零線與地線之間可能有一定的電壓。圖1-28為單相三線制交流電路在家庭照明中的應用。
圖1-27 單相兩線制的交流電路
圖1-28 單相三線制交流電路
（2）三相交流電電路
三相交流電路的供電方式主要三相三線制、三相四線制和三相五線制三種供電方法，一般的工廠中的電器設備常采用三相交流電路。
◇三相三線制。三相三線制是指供電線路由三根相線構成的，每根相線之間的電壓為380V，額定電壓為380V的電氣設備可直接連接在相線上，如圖1-29所示。這種供電方式多用在電能傳輸系統(tǒng)中。
◇三相四線制。三相四線制交流電路是指由變壓器引出四根線的供電方式。其中，三根為相線，另一根中性線為零線。這種供電方式常用于380/220V低壓動力與照明混合配電，如圖1-30所示。
提示說明
注意：在三相四線制供電方式中，在三相負載不平衡時和低壓電網的零線過長且阻抗過大時，零線將有零序電流通過，過長的低壓電網，由于環(huán)境惡化、導線老化、受潮等因素，導線的漏電電流通過零線形成閉合回路，致使零線也帶一定的電位，這對安全運行十分不利。在零線斷線的特殊情況下，斷線以后的單相設備和所有保護接零的設備會產生危險的電壓，這是不允許的。
◇三相五線制。圖1-31為典型三相五線供電方式的示意圖。在前面所述的三相四線制交流電路中，把零線的兩個作用分開，即一根線作為工作零線（N），另一根線作為保護零線（PN），這樣的供電接線方式稱為三相五線制的交流電路。
圖1-29 三相三線制交流電路
圖1-30 三相四線制交流電路
圖1-31 三相五線制的交流電路