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正弦交流电的基本概念及其应用

2023-10-13 09:09| 编辑:电工电气学习网| 查看: 772| 评论: 0

电力系统中,从发电到输配电,用的都是交流电。这里的电源是交流发电机。以前介绍过一个最简单的原理性交流发电机,它是靠线圈在磁场中转动而获得的交变的感应电动势的。交流发电机产生的交变电动势随时间变化的关系图,基本上是正弦或余弦函数的波形,这样的交流电叫做简谐交流电。

在无线电电子设备中的各种电讯号,大多也是交流电信号。这里电讯号的来源是多种多样的。在收音机、电视机中通过天线接收了从电台发射到空间的电磁波。形成整机的讯号源。在许多电子测量仪器(如交流电桥、示波器、频率计、Q 表等)中,这些讯号发生器自身也是一些特殊的电子电路,靠它激发的自生振荡,为其它测量仪器提供交流电动势。

在实际中不同场合应用的交流随时间变化的波形而不同:市电是50周的简谐波;电子示波器用来扫描的讯号是锯齿波;电子计算机中采用的讯号是矩形脉冲;激光通讯用来载波的是尖脉冲;广播电台发射的讯号在中波段是535KC—1605KC的调幅波(即振幅随时间变化的简谐波);电视台和通讯系统发射的讯号兼有调幅和调频波(即频率随时间变化的简谐波)。

所谓交流电就是大小和方向都随着时间不断交变的电流。周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量,两者的关系为:周期=1/频率,频率=1/周期。除了周期和频率描述交流电的变化快慢外,还可以用电角度(角频率)来描述。角频率用“ω”表示,单位为弧度/秒。因为电动势交变一周期,电角度就改变2π弧度,而所需时间为T,所以电角速度(角频率)与频率的关系为:ω=2πf。

正弦交流电由零值增加到正最大值,然后又逐渐减少至零,然后改变方向又由零值逐渐增加到反方向的最大值,最后减少到零。这样循环变化一周所需的时间叫做周期,用字母“T”表示。单位是秒(字母“S”表示),常用的还有毫秒(ms)、微妙(μs)、纳秒(ns)。由周期定义可知,周期越大,表面变化一周所需时间越长,即变化越慢,反之周期越小,表面交变电变化一周所需时间越短,即变化越快。

正弦交流电

图  交流电周期平率关系

交流电在1秒钟内完成周期性变化的次数,叫做交流电的频率,用“f”表示,单位是赫兹,简称赫,用“Hz”表示。频率的常用单位还有千赫(KHz)、兆赫(MHz)。周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量,两者的关系为:周期=1/频率,频率=1/周期。

除了周期和频率描述交流电的变化快慢外,还可以用电角度(角频率)来描述。角频率用“ω”表示,单位为弧度/秒。因为电动势交变一周期,电角度就改变2π弧度,而所需时间为T,所以电角速度(角频率)与频率的关系为:ω=2πf。

正弦交流电

电角度与频率关系

总之,正弦交流电是一种最基本的交流电形式,它的周期性变化规律为我们提供了丰富的应用场景和理论基础。了解正弦交流电的基本概念及其应用对于电气工程领域的学习和实践具有重要意义。
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