单相交流电

电路中只具有单一的交流电压，在电路中产生的电流，电压都以一定的频率随时间变化

单相交流电电路中只具有单一的交流电压，在电路中产生的电流，电压都以一定的频率随时间变化。比如在单个线圈的发电机中（即只有一个线圈在磁场中转动）。

概念

交流发电机中，只有一组（个）线圈和一个磁场。凡类似这种结构的交流发电机，发出的交流电为单相交流电。

在线圈中只产生一个交变电动势,这样的交流电便是单相交流电。

产生原理

交流发电机利用电磁感应原理工作，如图《单相交流发电机原理》所示，磁极同机座固定在一起构成定子，转动轴铁芯与线圈固定在一起构成转子。当转子以ω角速度转动1周时，线圈的两个边各转动经过一次N极和S极，并且因切割磁力线而产生感应电动势，根据右手定则可知，线圈经过N极和S极时，感应电动势的方向相反，且经过N极和S极时，线圈垂直切割磁力线，这时，感应电动势最大，线圈经过中心位置时，不切割磁力线，不产生感应电动势，所以转子每转1周，感应电动势的方向和大小就变化1周，即感应电动势作周期性变化。若线圈起始位置角度为φ（初相角），则线圈产生的电压为：。

一台最简单的发电机，它有一对磁极N、S，有一组N匝线圈，两个滑环和两个电刷，线圈两端分别接到两个滑环上，滑环固定在转轴上与转轴绝缘。每一个滑环放着一个静止的电刷，利用滑环与电刷的滑动接触，将线圈和负载连接。线圈固定、磁极旋转的发电机，当原动机带动磁极旋转时，线圈不断地切割磁力线产生感应电动势，由于外接负载形成闭合回路，就有电流流通。电流的大小和线圈在磁场中的位置有关，当线圈和磁极平行时，不切割磁力线，因此不产生电流。如果线圈与磁场垂直时，则线圈切割磁力线最多，电流就最大，再由最大到零。再旋转则切割磁力线方向开始改变，电流方向也开始转变。故此不断地循环旋转，就产生了大小和方向不断变化的交流电。因为只有一组线圈，所以只产生一相交流电，故称为单相交流电。

交流电的三要素

在交流电的瞬时值表达式中Um、ω、φ能形象具体地描述交流电，同时也是交流电进行比较区分的依据，称为交流电的三要素。

周期、频率和角频率

交流电交变一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位为秒（s）。交流电在1秒内变化的次数称为频率，用f表示，单位为（赫兹）Hz，常用单位有（千赫）kHz、（兆赫）MHz。

周期和频率互为倒数关系，即，由于交流电一个周期经历的电角度为360°即2π弧度，所以角频率，角频率的单位为弧度每秒（rad/s）。

在我国电力网供电系统中，交流电的标准频率为50Hz，习惯上称为工频，周期为0.02秒。有的国家的电力网采用工频为60Hz，如日本、美国等。

最大值和有效值

交流电的大小随线圈的转动而变化，交流电在某一瞬时的值叫瞬时值，用小写字母表示。把瞬时值中的最大的值叫做交流电的最大值，用带下标m的大写字母表示，如Um、Im等。为反映实际效果，工程上通常用有效值表示交流电的大小。有效值定义如下：分别把一个交流电流和一个直流电流通过相同的电阻R，若在相同的时间T内，电阻产生的热量相等，则交流电流的有效值就和直流电流的大小相等，有效值也称方均根值，用大写字母表示。

根据定义，经计算得到交流电的最大值等于其有效值的倍，即，，。实际工程中所说的交流电压、电流的大小，若无特殊说明，均指交流电的有效值。如交流电气设备上所标的额定电压和额定电流，电工仪表所指示或显示的数值等都是有效值。

相位和初相角

线圈在磁场中转过的角度反映了交流电变化的进程，确定了交流电每一瞬间的状态，称为相位角，简称相位。t=0时的相位角φ称为初相角，简称初相。初相与计时起点有关，计时起点不同，初相角也不同，交流电的初始状态也就不同。

两个同频率的交流电可以进行相位之间的比较，它们间的相位之差叫相位差，用字母表示。设两个同频率的交流电压和交流电流分别为，，则相位差为。

相位差表示了两个交流电的变化进程的不同：1）若，则称电压与电流同相。2）若，则称电压超前电流，或电流滞后电压。3）若，则称电压与电流正交。4）若，则称电压与电流反相。

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