;;一、220V正弦交流电
交流电的大小和方向是随时间变化的。若按正弦规律变化,称其为正弦交流电。如果不做特别说明,通常所说的交流电都是指正弦交流电,用符号“~”表示。
用示波器可以显示输送到用户的220V交流电的电压波形(见图2-3),输送到用户的交流电的电压是按正弦规律变化的。
电视机、计算机等使用的都是这种正弦交流电。
二、正弦交流电的三要素
如图2-4所示为照明电路中使用的“220V,50Hz”交流电的波形图。其瞬时值表达式为;二、正弦交流电的三要素
从图上可以直观地看到:
(1)交流电每重复变化一次所需要的时间为0.02s。
(2)正弦波形最高点的电压数值为220V。
(3)在t=0时,所对应的电压数值u=220sin100πt=220sin0°=0V。
以上三个条件所包含的信息就是关于交流电的三要素问题,这是决???正弦交流电波形的关键因素。;1.周期、频率、角频率
(1)周期。交流电每重复变化一次所需时间称为周期,用符号T表示,单位是秒(s)。
(2)频率。交流电在1s内重复变化的次数称为频率,用符号f表示,单位是赫兹(Hz)。根据定义可知,周期和频率互为倒数,即
(3)角频率。正弦交流电随时间的变化关系也可以用一个在直角坐标系中绕原点沿逆时针方向旋转的相量表示。交流电每秒变化的角度(电角度)称为角频率,用符号ω表示,单位是rad/s。;2.瞬时值、最大值和有效值
(1)瞬时值。交流电在某一时刻的值称为在这一时刻交流电的瞬时值。
(2)最大值。交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值称为正弦交流电的最大值,用Um表示。
(3)有效值。使交流电和直流电加在
同样阻值的电阻上,如果在相同时间内
产生的热量相等,就把这一直流电的大
小叫作相应交流电的有效值,交流电压
的有效值用U表示。交流电压的有效值
和最大值之间的关系为;3.相位和相位差
(1)相位。在瞬时值表达式表示正弦交流电在任意时刻的电角度,称为相位角,也称相位,它反映了交流电变化的进程。式中为正弦量在t=0时的相位,称为初相位,也称初相角或初相。
交流电的初相可以为正,也可以为负。若t=0时正弦量的瞬时值为正,则初相为正,如图2-7a所示;若t=0时正弦量的瞬时值为负,则初相为负,如图2-7b所示。
;初相位通常用不大于180°的角来表示。
(2)相位差。两个同频率交流电的相位之差称为相位差,用符号表示,即
如果一个交流电比另一个交流电提前达到零值或最大值,如图2-8a中e1和e2,
=0,则称e1超前e2,或称e2滞后e1;若两个交流电同时达到零值或最大值,即两者的初相位相等,则称它们同相位,简称同相,如图2-8b所示;若一个交流电达到正的最大值时,另一个交流电同时达到负的最大值,即它们的初相位相差180°,则称它们反相位,简称反相,如图2-8c所示;若两个正弦交流电相位差=90°,则称它们正交,如图2-8d所示。;综上所述,正弦交流电的最大值反映了正弦交流电的变化范围,其角频率反映了正弦交流电的变化快慢,其初相位反映了正弦交流电的起始状态。由这三个量可以唯一确定一个交流电。因此,最大值、角频率和初相位称为正弦交流电的三要素。
;三、正弦交流电的表示方法
在分析和计算正弦交流电时,通常用解析式、波形图和相量图等表示方法来表示一个正弦交流电。无论用哪一种表示方法,都需要表达出正弦交流电的三要素:最大值、角频率和初相位。
1.解析式表示法
解析式表示法就是用正弦函数来表示交流电,其一般表示形式为瞬时值表达式u=Umsin(ωt+),从解析式中可以直观地知道最大值Um、角频率ω和初相角。解析式是交流电的基本表示方法。;2.波形图表示法
用正弦函数图像来表示交流电的方法就是波形图表示法。
在波形图的纵轴上可以确定瞬时值和最大值,在横轴上可以确定角频率和初相角。
3.相量图表示法
如果要对正弦交流电进行加、减运算,无论是运用波形图还是解析式都不方便,为此引入正弦交流电的相量图表示法。
以正弦电动势e=Emsin(ωt+)为例
说明。如图2-9所示,在直角坐标系内,作一
矢量OA,其长度为正弦电动势e的最大值