电工必学知识之直流电与交流电

今天，我们来学习电工第一课，直流电与交流电

直流电 (简称DC)是指电流流向单一,
其方向对时间不作周期性变化,
即电流的方向固定不变,
是由正极流向负极但电流的大小可能不固定

直流电可以分为脉动直流和恒定直流两种,
如图所示。脉动直流中的直流电流大小不稳定;而恒定直流中的直流电流大小能够一直保持恒定不变。

脉动直流和恒定直流

正常情况下将可堤供直流电的装置称为直流电源,
它是一种形成并保持电路中恒定直流的供电装置,
例如干电池、蓄电泡、直流发电机等直流电源,
直流电源有正、负两极。当直流电源为电路供电时能够使电路两端之问保持恒定的电位差,
从而在外电路中形成由电源正极到负极的电流,
如图所示

直流电流的形成

交流电 (简称AC)一般是指电流的大小和方向会随着时间做周期性的变化

我们在日常生活中所有的电气产品都需要有供电电源才能正常工作,
大多数的电气设备都是由市电交流220V、50Hz作为供电电源。这是我国公共用电的统一标准,
交流220V电压是指相线 (俗称火线)对零线的电压

交流电是由交流发电机产生的,
交流发电机可以产生单相和多相交流电压,
如图所示。

单相交流电

单相交流电是以一个交变电动势作为电源的电力系统,
在单相交流电路中,
只具有单一的交流电压,
其电流和电压都是按一定的频率随时间变化

单相交流电压和多想交流电压的产生

在单相交流发电机中,
只有一个线圈绕制在铁心上构成定子,
转子是永磁体,
当其内部的定子和线圈为一组时,
它所产生的感应电动势 (电压)也为一组,
由两条线进行传输,
这种电源就是单相电源,
这种配电方式称为单相二线制。如图所示为单相交流电的产生

单相交流电的产生

多相交流电

多相交流电根据相线的不同,
还可以分为两相交流电和三相交相交流电

(1)两相交流电

在发电机内设有两组定子线圈互相垂直的分布在转子外围。转子旋转时两组定子线圈产生两组感应电动势,
这两组电动势之间有90的相位差。这种电源为两相电源。这种方式多在自动化设备中使用图所示为两相交流电的产生

两相交流电的产生

三相交流电

通常,
把三相电源的线路中的电压和电流统称为三相交流电

这种电源由三条线来传输,
三线之间的电压大小相等 (380V)、频率相同 (50Hz)、相位差为120°,
如图所示为三相交流电的产生。

三相交流电是由三相交流发电机产生的。在定子槽内放置着三个结构相同的定子绕组A、B、C,
这些绕组在空间互隔120°。转子旋转时,
其磁场在空间按正弦规律变化,
当转子由水轮机或汽轮机带动以角速度ω等速地顺时针方向旋转时,
在三个定子绕组中,
就产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的三个正弦电动势,
这样就形成了对称三相电动势。

三相交流电的产生

三相交流电路中,
相线与零线之间的电压为220V,
而相线与相线之间的电压为380V,
如图所示

三相交流电路电压测量

交流发电机的基本结构如图所示,
转子是由永磁体构成的,
当水轮机或汽轮机带动发电机转子旋转时,
转子磁极旋转会对定子线圈辐射磁场,
磁力线切割定子线圈,
定子线圈中便会产生感应电动势,
转子磁极转动一周就会使定子线圈产生相应的电动势 (电压)。由于感应电动势的强弱与感应磁场的强度成正比,
感应电动势的极性也与感应磁场的极性相对应。定子线圈所受到的感应磁场是正反向交替周期性变化的。转子磁极匀速转动时,
感应磁场是按正弦规律变化的,
发电机输出的电动势则为正弦波形

交流发电机的结构和原理

发电机是根据电磁感应原理产生电动势的,
当线圈受到变化磁场的作用时,
即线圈切割磁力线便会产生感应磁场,
感应磁场的方向与作用磁场方向相反。发电机的转子可以被看作是一个永磁体如图所示,
当N极旋转并接近定子线圈时,
会使定子线圈产生感应磁场,
方向为N / S,
线圈产生的感应电动势为一个逐渐增强的曲线,
当转子磁极转过线图继续旋转时,
感应磁场则逐渐减小。

当转子磁极继续旋转时,
转子磁极S开始接近定子线圈,
磁场的磁极发生了变化,
如图1 - 9b所示,
定子线圈所产生的感应电动势极性也翻转180°,
感应电动势输出为反向变化的曲线。转子旋转周,
感应电动势又会重复变化一次。由于转子旋转的速度是均匀恒建的,
因此输出电动势的波形则为正弦波。