交流電的工作原理

交流電:alternating current ，簡稱為AC也稱“交變電流”，簡稱“交流”。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流[1]。我國交流電供電的標準頻率規(guī)定為50赫茲，日本等國家為60赫茲。交流電隨時間變化的形式可以是多種多樣的。不同變化形式的交流電其應用范圍和產(chǎn)生的效果也是不同的。以正弦交流電應用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經(jīng)過數(shù)學處理后，化成為正弦交流電的迭加。正弦電流（又稱簡諧電流），是時間的簡諧函數(shù)

i=Imsin（ωt+φ0） 當線圈在磁場中勻速轉動時，線圈里就產(chǎn)生大小和方向作周期性改變的交流電。 現(xiàn)在使用的交流電，一般是方向和強度每秒改變50次。 我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中，交流電用符號'~'表示。 電流i隨時間的變化規(guī)律，由此看出：正弦交流電需用頻率、峰值和位相三個物理量來描述。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關系以及功率（或能量）的分配問題。由于交流電具有隨時間變化的特點，因此產(chǎn)生了一系列區(qū)別于直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現(xiàn)象和規(guī)律就復雜了。

直流電和交流電的知識介紹

交流電是大小和方向隨時間做周期性變化的電量，如果您有示波器的話可以很直觀的看出兩種電量的區(qū)別。家里的民用電都是交流電220V 50HZ。直流電的大小和方向不隨時間做變化，直流電是有正負極之分的。交流電和直流電只是電源的種類，沒有什么工作原理。只需看負載要求工作在何種電源環(huán)境下即可。

直流電是頻率穩(wěn)定的電壓、電流強度不周期性變化的；交流電是電壓、電流的大小隨時間發(fā)生周期性變化的；

直流電與交流電的區(qū)別：交流電即交變電流，大小和方向都隨時間做周期性變化的電流。直流電則相反。電網(wǎng)公司一般使用交流電方式送電，但有高壓直流電用于遠距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡等

高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比，有明顯的優(yōu)越性．歷史上僅僅由于技術的原因，才使得交流輸電代替了直流輸電．下面先就交流電和直流電的主要優(yōu)缺點作出比較，從而說明它們各自在應用中的價值．

交流電的優(yōu)點主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應原理基礎上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能（水流能、風能……）、化學能（石油、天然氣……）等其他形式的能轉化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價大為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便．這是交流電與直流電相比所具有的獨特優(yōu)勢．

三相交流電的概述

仔細觀察,可以發(fā)現(xiàn)馬路旁電線桿上的電線共有4根,而進入居民家庭的進戶線只有兩根.這是因為電線桿上架設的是三相交流電的輸電線,進入居民家庭的是單相交流電的輸電線.自從19世紀末世界上首次出現(xiàn)三相制以來,它幾乎占據(jù)了電力系統(tǒng)的全部領域.目前世界上電力系統(tǒng)所采用的供電方式,絕大多數(shù)是屬于三相制電路.三相交流電比單相交流電有很多優(yōu)越性,在用電方面,三相電動機比單相電動機結構簡單,價格便宜,性能好；在送電方面,采用三相制,在相同條件下比單相輸電節(jié)約輸電線用銅量.實際上單相電源就是取三相電源的一相,因此,三相交流電得到了廣泛的應用.使一個線圈在磁場里轉動,電路里只產(chǎn)生一個交變電動勢,這時發(fā)出的交流電叫做單相交流電.如果在磁場里有三個互成角度的線圈同時轉動,電路里就發(fā)生三個交變電動勢,這時發(fā)出的交流電叫做三相交流電.交流電機中,在鐵芯上固定著三個相同的線圈AX、BY、CZ,始端是A、B、C,末端是X、Y、Z.三個線圈的平面互成120度角.勻速地轉動鐵芯,三個線圈就在磁場里勻速轉動.三個線圈是相同的,它們發(fā)出的三個電動勢,最在值和頻率都相同.這三個電動勢的最在值和頻率雖然相同,但是它們的相位并不相同.由于三個線圈平面互成120度角,所以三個電動勢的相位互差120度.

三相四線制供電線路的介紹

工業(yè)上用的三相交流電,有的直接來自三相交流發(fā)電機,但大多數(shù)還是來自三相變壓器,對于負載來說,它們都是三相交流電源,在低電壓供電時,多采用三相四線制.在三相四線制供電時,三相交流電源的三個線圈采用星形（Y形）接法,即把三個線圈的末端X、Y、Z連接在一起,成為三個線圈的公用點,通常稱它為中點或零點,并用字母O表示.供電時,引出四根線：從中點O引出的導線稱為中線或零線；從三個線圈的首端引出的三根導線稱為A線、B線、C線,統(tǒng)稱為相線或火線.在星形接線中,如果中點與大地相連,中線也稱為地線.我們常見的三相四線制供電設備中引出的四根線,就是三根火線一根地線.我國低壓供電標準為50HZ、380/220V,而日本及西歐某些國家采用60HZ、110V的供電標準,在使用進口電器設備時要特別注意,電壓等級不符,會造成電器設備的損壞.

三相四線制中的電壓

每根火線與地線間的電壓叫相電壓,其有效值用UA、UB、UC表示（A、B、C為下標）；火線間的電壓叫線電壓,其有效值用UAB、UBC、UCA表示（A、B、C為下標）.因為三相交流電源的三個線圈產(chǎn)生的交流電壓位相相差120°,三個線圈作星形連接時,線電壓等于相電壓的根號3倍.我們通常講的電壓是220伏,380伏,就是三相四線制供電時的相電壓和線電壓.但三相四級制供電時,也有下表所示的幾種電壓,用電時應予注意.我國日常電路中,相電壓是220V,線電壓是380V（380＝根號3倍×220）.工程上,討論三相電源電壓大小時,通常指的是電源的線電壓.如三相四線制電源電壓380V,指的是線電壓380V.在日常生活中,我們接觸的負載,如電燈、電視機、電冰箱、電風扇等家用電器及單相電動機,它們工作時都是用兩根導線接到電路中,都屬于單相負載.在三相四線制供電時,多個單相負載應盡量均衡地分別接到三相電路中去,而不應把它們集中在三根電路中的一相電路里.如果三相電路中的每一根所接的負載的阻抗和性質都相同,就說三根電路中負載是對稱的.在負載對稱的條件下,因為各相電流間的位相彼此相差120°,所以,在每一時刻流過中線的電流之和為零,把中線去掉,用三相三線制供電是可以的.但實際上多個單相負載接到三相電路中構成的三相負載不可能完全對稱.在這種情況下中線顯得特別重要,而不是可有可無.有了中線每一相負載兩端的電壓總等于電源的相電壓,不會因負載的不對稱和負載的變化而變化,就如同電源的每一相單獨對每一相的負載供電一樣,各負載都能正常工作.若是在負載不對稱的情況下又沒有中線,就形成不對稱負載的三相三線制供電.由于負載阻抗的不對稱,相電流也不對稱,負載相電壓也自然不能對稱.有的相電壓可能超過負載的額定電壓,負載可能被損壞（燈泡過亮燒毀）；有的相電壓可能低些,負載不能正常工作（燈泡暗淡無光）.像圖中那樣的情況隨著開燈、關燈等原因引起各相負載阻抗的變化.相電流和相電壓都隨之而變化,燈光忽暗忽亮,其他用電器也不能正常工作,甚至被損壞.可見,在三相四線制供電的線路中,中線起到保證負載相電壓時稱不變的作用,對于不對稱的三相負載,中線不能去掉,不能在中線上安裝保險絲或開關,而且要用機械強度較好的鋼線作中線.相交流電依次達到正最大值（或相應零值）的順序稱為相序（phase sequence）,順時針按A-B-C的次序循環(huán)的相序稱為順序或正序,按A-C-B的次序循環(huán)的相序稱為逆序或負序,相序是由發(fā)電機轉子的旋轉方向決定的,通常都采用順序.三相發(fā)電機在并網(wǎng)發(fā)電時或用三相電驅動三相交流電動機時,必須考慮相序的問題,否則會引起重大事故,為了防止接線錯誤,低壓配電線路中規(guī)定用顏色區(qū)分各相,黃色表示A相,綠色表示B相,紅色表示C相.工程上通用的相序是正序.

N線和PE線的介紹

應用中最好使用標準、規(guī)范的導線顏色：A相用黃色，B相用綠色，C相用紅色，N線用淡藍色，PE線用黃綠雙色。

三相五線制是指A、B、C、N和PE線，其中，PE線是保護地線，也叫安全線，是專門用于接到諸如設備外殼等保證用電安全之用的。PE線在供電變壓器側和N線接到一起，但進入用戶側后絕不能當作零線使用，否則，發(fā)生混亂后就與三相四線制無異了。由于這種混亂容易讓人喪失警惕，可能在實際中更加容易發(fā)生觸電事故。零線與PE線的根本區(qū)別在于：零線構成回路，PE線僅起保護作用。民用住宅供電已經(jīng)規(guī)定要使用三相五線制，如果你的不是，可以要求整改。為了安全，要斬釘截鐵地要求使用三相五線制！

三相四線制的概述

三相四線制，在低壓配電網(wǎng)中，輸電線路一般采用三相四線制，其中三條線路分別代表A,B,C三相，另一條是中性線N（如果該回路電源側的中性點接地，則中性線也稱為零線(老式叫法，應逐漸避免，改稱PEN，如果不接地，則從嚴格意義上來說，中性線不能稱為零線）。在進入用戶的單相輸電線路中，有兩條線，一條我們稱為相線L，另一條我們稱為中線N，中線正常情況下要通過電流以構成單相線路中電流的回路。而三相系統(tǒng)中，三相平衡時，中性線（零線）是無電流的，故稱三相四線制；在380V低壓配電網(wǎng)中為了從380V相間電壓中獲得220V相間電壓而設N線，有的場合也可以用來進行零序電流檢測，以便進行三相供電平衡的監(jiān)控