1.3.2 交流電

交流電是指電流方向隨時間作周期性變化的電流。交流電類型很多。最常見的是正弦交流電。這里以正弦交流電為例進行介紹。

1.正弦交流電

正弦交流電的符號、電路和波形如圖1-19所示。

下面以如圖1-19（b）所示的交流電路來說明圖1-19（c）所示交流電的波形。

①在0～t₁期間：交流電源的極性是上正下負，電流I的方向：交流電源上正→電阻R→交流電源下負，電流I逐漸增大，電流逐漸增大在圖1-19（c）中用波形逐漸上升表示，t₁時刻電流達到最大值。

②在t₁～t₂期間：交流電源的極性仍是上正下負，電流I的方向仍是從交流電源上正→電阻R→交流電源下負，電流I逐漸減小，電流逐漸減小在圖1-19（c）中用波形逐漸下降表示，t₂時刻電流為0。

③在t₂～t₃期間：交流電源的極性變?yōu)樯县撓抡娏?i>I的方向也發(fā)生改變，圖1-19（c）中的交流電波形由橫軸上方轉(zhuǎn)到下方表示電流方向發(fā)生改變，電流I的方向：交流電源下正→電阻R→交流電源上負，電流反方向逐漸增大，t₃時刻反方向的電流達到最大值。

④在t₃～t₄期間：交流電源的極性為上負下正，電流仍是反方向，電流的方向是由交流電源下正→電阻R→交流電源上負，電流反方向逐漸減小，t₄時刻電流減小到0。

t₄時刻以后，電流大小和方向變化與0～t₄期間變化相同。這里要說明的是，上述交流電源的電壓在方向變化的同時，大小也在變化，電壓變化的規(guī)律與電流變化是一樣的。

由此可以看出，交流電電壓和電流的大小及方向都是隨時間作周期性變化的。

2.周期和頻率

周期和頻率是交流電最常用的兩個術語，下面以如圖1-20所示的交流電波形圖來說明。

（1）周期

從圖1-20可以看出，交流電的變化過程是不斷重復的，交流電重復變化一次所需的時間稱為一個周期，周期用T表示，單位是秒（s）。圖1-20所示交流電的周期為T=0.02s，說明該交流電每隔0.02s就會重復變化一次。

（2）頻率

交流電在1s內(nèi)重復變化的次數(shù)稱為頻率，頻率用f表示，單位是赫茲（Hz），是周期的倒數(shù)，即

f=1/T

圖1-20所示交流電的周期T=0.02s，頻率f=1/T=（1/0.02）Hz=50Hz。該交流電的頻率f=50Hz，說明在1s內(nèi)交流電能重復0～t₄這個過程50次。交流電變化越快，變化一次所需時間越短，周期越短，頻率越高。

（3）高頻、中頻和低頻

根據(jù)頻率的高低不同，交流信號分為高頻信號、中頻信號和低頻信號。高頻信號、中頻信號和低頻信號的劃分沒有嚴格的規(guī)定，一般認為，頻率在3MHz以上的信號稱為高頻信號，頻率在300kHz～3MHz范圍內(nèi)的信號稱為中頻信號，頻率低于300kHz的信號稱為低頻信號。

高頻、中頻和低頻是一個相對概念，在不同的電子設備中，頻率范圍是不同的。例如，在調(diào)頻收音機（FM）中，88～108MHz稱為高頻，10.7MHz稱為中頻，20Hz～20kHz稱為低頻；在調(diào)幅收音機（AM）中，525～1605kHz稱為高頻，465kHz稱為中頻，20Hz～20kHz稱為低頻。

3.瞬時值和有效值

（1）瞬時值

交流電的大小和方向是不斷變化的，交流電在某一時刻的值稱為交流電在該時刻的瞬時值。以圖1-20所示的交流電為例，它在t₁時刻的瞬時值為（約為311V），該值為最大瞬時值，在t₂時刻的瞬時值為0V，該值為最小瞬時值。

（2）有效值

交流電的大小和方向是不斷變化的，這給電路的計算和測量帶來不便，為此引入有效值的概念。下面以如圖1-21所示電路來說明有效值的含義。

圖1-21中，兩個電路中的電熱絲完全一樣，現(xiàn)分別給電熱絲通交流電和直流電。如果兩電路通電時間相同，并且電熱絲發(fā)出的熱量也相同，對電熱絲來說，這里的交流電和直流電是等效的，那么就將圖1-21（b）中直流電的電壓值或電流值稱為圖1-21（a）中交流電的電壓有效值或電流有效值。

交流市電電壓為220V，指的就是有效值，其含義就是雖然交流電壓時刻變化，但它的效果與220V直流電是一樣的。無特別說明，交流電的大小通常是指有效值，測量儀表的測量值一般也是指有效值。

正弦交流電的有效值與最大瞬時值的關系是

例如，交流市電的電壓有效值為220V，電壓最大瞬時值=≈311V。