按正弦規律變化的交流電稱為正弦交流電。交流電變化的快慢可用頻率表示,變化的幅度可用最大值表示,變化的起點可用初相角表示。因此,頻率、最大值和初相角是確定一個交流電變化情況的三個重要數值,通常稱為交流電的三要素。
1、最大值
最大值是指正弦交流電在一周期內出現的最大瞬時值的絕對值,用I m 、U m 、Em分別表示電流、電壓和電動勢的最大值。
2、頻率(或角頻率、周期)
一個按正弦規律變化的交流電動勢從零開始逐漸增至最大值,然后逐漸減小到零。以后又反向增大到最大值,再回到零。這樣整整變化了一周,以后按同樣規律循環下去。交流電每循環一次所需要的時間叫周期。周期的長短,表明交流電變化的快慢。周期越短,說明交流電變化一周的時間越短,則該交流電的變化越快。周期越長則說明這個交流電變化的越慢。除用周期衡量交流電的變化快慢外,還常用頻率這個物理量來表示交流電變化的快慢。頻率是指一秒鐘內交流電重復變化的次數,用字母f表示,單位是赫茲,簡稱赫(Hz)。如果某交流電在1秒內變化了一次,該交流電的頻率就是1赫茲。比赫茲大的常用單位是千赫(kHz)和兆赫(MHz)。
1千赫(kHz)=10^3^赫(Hz),1兆赫(MHz)=10^6^赫(Hz)。
根據周期和頻率的定義可知,周期和頻率互為倒數,即:
f=1/T或T=1/f。我國電力電網的頻率為50Hz(亦稱工頻),所以其周期T=1/50=0.02(s)
正弦交流電在Is內所變化的電角度稱為角頻率,用字母ω表示,單位為rad/s(弧度秒)。因為交流電每變化一次,電角度變化2π弧度,所以有ω=2πf=2π/T。
3、初相角
發電機的轉子線圈平面開始計時時(即t=0),與磁中性面夾角為α。發電機運行時,線圈平面與磁中性面的夾角就連續變化。設發電機的旋轉角速度為ω、則在任意時刻t,線圈與磁中性面夾角為(ωt+α),所以t時刻線圈中的感應電動勢為
e=Emsin(ωt+α)
式中(ωt+α)稱交流電的相角,t=0時的相位角叫做初相角、所以e的初相角是α,可見,在不同的時刻線圈所處的位置不同,線圈中感應電動勢的大小也就不同。交流電初相角可以是正也可以是負。
相位差是兩個同頻率的正弦交流量的初相角之差。如u=Umsin(ωt+φ u ),i=I~m~sin(ωt+φ~i~),那么電壓與電流的相位差為φ~ui~=φ~u~-φ~i~。
若φ u -φ i >0,則電壓u先達到正(或負)最大值,這種情況稱為電壓u超前電流i、或稱為電流i滯后電壓u。
若φ u -φ i =0,則電壓u與電流i同時達到正(或負)最大值、這種情況稱電壓u與電流同相。
若φ u -φ i =180°,則電壓u達到正最大值時電流i恰好達到負最大值,這種情況稱為電壓u與電流i反相。
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