正弦交流電的三要素

按正弦規(guī)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(shù)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(nèi)出現(xiàn)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(guī)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(guī)律循環(huán)下去。交流電每循環(huán)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(nèi)交流電重復(fù)變化的次數(shù)，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(nèi)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(jù)周期和頻率的定義可知，周期和頻率互為倒數(shù)，即:

f=1/T或T=1/f。我國電力電網(wǎng)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(nèi)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(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈平面開始計時時(即t=0)，與磁中性面夾角為α。發(fā)電機運行時，線圈平面與磁中性面的夾角就連續(xù)變化。設(shè)發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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(fù)。

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(dá)到正(或負(fù))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(dá)到正(或負(fù))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(dá)到正最大值時電流i恰好達(dá)到負(fù)最大值，這種情況稱為電壓u與電流i反相。