今天，我們來學習電工第一課，直流電與交流電

直流電( 簡稱DC)是指電流流向單一,其方向對時間不作周期性變化,即電流的方向固定不變,是由正極流向負極但電流的大小可能不固定

直流電可以分為脈動直流和恒定直流兩種,如圖所示。脈動直流中的直流電流大小不穩定;而恒定直流中的直流電流大小能夠一直保持恒定不變。

脈動直流和恒定直流

正常情況下将可堤供直流電的裝置稱為直流電源,它是一種形成并保持電路中恒定直流的供電裝置,例如幹電池、蓄電泡、直流發電機等直流電源,直流電源有正、負兩極。當直流電源為電路供電時能夠使電路兩端之問保持恒定的電位差,從而在外電路中形成由電源正極到負極的電流,如圖所示

直流電流的形成

交流電( 簡稱AC)一般是指電流的大小和方向會随着時間做周期性的變化

我們在日常生活中所有的電氣産品都需要有供電電源才能正常工作,大多數的電氣設備都是由市電交流220V、50Hz作為供電電源。這是我國公共用電的統一标準,交流220V電壓是指相線(俗稱火線)對零線的電壓

交流電是由交流發電機産生的,交流發電機可以産生單相和多相交流電壓,如圖所示。

單相交流電是以一個交變電動勢作為電源的電力系統,在單相交流電路中,隻具有單一的交流電壓,其電流和電壓都是按一定的頻率随時間變化

單相交流電壓和多想交流電壓的産生

在單相交流發電機中,隻有一個線圈繞制在鐵心上構成定子,轉子是永磁體,當其内部的定子和線圈為一組時,它所産生的感應電動勢(電壓)也為一組,由兩條線進行傳輸,這種電源就是單相電源,這種配電方式稱為單相二線制。如圖所示為單相交流電的産生

單相交流電的産生

多相交流電根據相線的不同,還可以分為兩相交流電和三相交相交流電

(1)兩相交流電

在發電機内設有兩組定子線圈互相垂直的分布在轉子外圍。轉子旋轉時兩組定子線圈産生兩組感應電動勢,這兩組電動勢之間有90的相位差。這種電源為兩相電源。這種方式多在自動化設備中使用圖所示為兩相交流電的産生

兩相交流電的産生

通常,把三相電源的線路中的電壓和電流統稱為三相交流電

這種電源由三條線來傳輸,三線之間的電壓大小相等(380V)、頻率相同(50Hz)、相位差為120°,如圖所示為三相交流電的産生。

三相交流電是由三相交流發電機産生的。在定子槽内放置着三個結構相同的定子繞組A、B、C,這些繞組在空間互隔120°。轉子旋轉時,其磁場在空間按正弦規律變化,當轉子由水輪機或汽輪機帶動以角速度ω等速地順時針方向旋轉時,在三個定子繞組中,就産生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的三個正弦電動勢,這樣就形成了對稱三相電動勢。

三相交流電的産生

三相交流電路中,相線與零線之間的電壓為220V,而相線與相線之間的電壓為380V,如圖所示

三相交流電路電壓測量

交流發電機的基本結構如圖所示,轉子是由永磁體構成的,當水輪機或汽輪機帶動發電機轉子旋轉時,轉子磁極旋轉會對定子線圈輻射磁場,磁力線切割定子線圈,定子線圈中便會産生感應電動勢,轉子磁極轉動一周就會使定子線圈産生相應的電動勢(電壓)。由于感應電動勢的強弱與感應磁場的強度成正比,感應電動勢的極性也與感應磁場的極性相對應。定子線圈所受到的感應磁場是正反向交替周期性變化的。轉子磁極勻速轉動時,感應磁場是按正弦規律變化的,發電機輸出的電動勢則為正弦波形

交流發電機的結構和原理

發電機是根據電磁感應原理産生電動勢的,當線圈受到變化磁場的作用時,即線圈切割磁力線便會産生感應磁場,感應磁場的方向與作用磁場方向相反。發電機的轉子可以被看作是一個永磁體如圖所示,當N極旋轉并接近定子線圈時,會使定子線圈産生感應磁場,方向為N/S,線圈産生的感應電動勢為一個逐漸增強的曲線,當轉子磁極轉過線圖繼續旋轉時,感應磁場則逐漸減小。

當轉子磁極繼續旋轉時,轉子磁極S開始接近定子線圈,磁場的磁極發生了變化,如圖1-9b所示,定子線圈所産生的感應電動勢極性也翻轉180°,感應電動勢輸出為反向變化的曲線。轉子旋轉周,感應電動勢又會重複變化一次。由于轉子旋轉的速度是均勻恒建的,因此輸出電動勢的波形則為正弦波。

轉子磁極S轉向定子線圈的過程

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