电气新手必知:正弦交流电路的基本物理量(专业电气学姐带你学二十九)

时间:2023-06-27作者:佚名

我们(píng)时所用的电到底是怎么样的呢?


所谓的电压220V是不是说明该电压的值是不变的?而交流和直流之间的区别又有哪些?


这些问题我不知道有多少人可以回答得出来,但是如果你把这篇文章学完,那么我就知道,以上的那些问题你肯定知道答案。


我们的日常工作中所接触的“电”,正确来说应该叫正弦交流电,交流电并不等同于正弦交流电,它们之间的还是有一定的区别的。


我们这次所学习的内容主要是“正弦交流电路的基本物理量”,现在就让我来带领大家跨过交流电路的门槛吧!


图29-1


如图29-1所示为两周期变化的波形,它们的周期为T。


如果电流或电压每经过一定时间(T)就重复变化一次,且重复变化一次的时间内(píng)均值为零,则此种电流、电压称为周期性交流电流或电压。如正弦波、方波、三角波等。


上图29-1所示的正弦波和方波的电流,记作:i(t)=i(t T)。


这里的“每经过一定时间(T)”就是周期,类似于日历里的每一周,我们的时间就是在一星期接着一个星期、周而复始的时间中度过的。T的值可以是分钟、秒、毫秒等等各种不同段的时间。


“(píng)均值为零”指的沿着时间轴t的一个周期(T)内,周期波的正半轴部分和负半轴部分的值刚好抵消,它们的和为零,如图29-1中的两个周期波,它们与时间轴对称,在时间段T内上下两部分波形与时间轴围成的面积相同,一正一负,恰好抵消,和为零。


如果把两个电流波形向上或向下(píng)移(正交轴固定不动),它们此时与时间轴就会变得不对称,时间段T内(píng)均值自然就不会为零,这时候它们就不是周期性交流电了。


如果把两个电流波形向左或向右(píng)移(正交轴固定不动),此时它们依然是周期性交流电,这是为什么呢?接下来会讲到。


在这里要提醒的一点是,周期波不一定是“重复变化一次的时间内(píng)均值为零”的,如脉冲波(脉冲电压或脉冲电流),它是周期性的脉冲,但在周期时间内的(píng)均值很多时候不是为零的,这种(píng)均值不为零的周期波就不是交流电。


如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化,由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的,且一个周期内其(píng)均值为零,这样的电路称为正弦交流电路。而这些按正弦规律变化的电压或电流,统称为正弦量。


电气新手必知:正弦交流电路的基本物理量(专业电气学姐带你学二十九)

图29-2


如图29-2所示,图(a)是一简单的交流发电机的工作原理图,线圈在两磁极间作均速转动,线圈在转动期间由于切割磁力线,会产生感应电动势,同时线圈与外电路构成闭合回路,线圈中会有感应电流的流通。


感应电动势的波形如图(b)所示,当线圈与磁力线(píng)行时,感应电动势有大值。这是因为,虽然此时线圈与磁力线(píng)行,但是线圈的速度方向与磁力线垂直,根据E =BlV sinθ,θ为90°,即E为大。


同理,线圈与磁力线垂直时,感应电动势为零,大家可以尝试自行分析其原因,在此我就不作解释。


虽然正弦交流电是时刻在变化的,但是它们和直流电一样,也要规定正方向,这里的正方向表示的是电压或电流的瞬时方向。


图29-3


当电路中的电流、电压等变量随时间变化时,一般用小写字母i、u等表示,而大写字母I、U等则一般表示对于变量的恒定量。


如图29-3所示的简单交流电阻电路中,其电流波形如图所示,假设规定电流正方向为向右箭头所示,此时电压正方向为向下。


电流随时间而变化,当电流大于零时,证明此时在电路中电流方向恰好为向右箭头所指;而当电流小于零时,则此时在电路中电流方向与向右箭头所指的方向相反。


我们已经知道正弦交流电路中电压、电流等的波形为正弦波,但是它们的大小却各不相同,对于波形均是正弦波的各种交流电量,我们该怎么区分它们呢?这就要看这些正弦波的特征量了。


图29-4


如图29-4为一正弦交流电流的波形,其瞬时值的表达式如图所示,正弦波的特征量:幅值、角频率与初相角是正弦量的三要素。


每个正弦交变量的值是由其特征量确定的,例如在三相电压中,理想情况下,三相电压对称分布,每一相的幅值和角频率都相等,它们之间不同的是初相角,三相电压之间的相角相差120°。

幅值表示正弦波的大值,用对应电量的大写字母加下标m表示。


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