1.在電力系統(tǒng)中,從發(fā)電到輸配電,用的都是交流電
這里的電源是交流發(fā)電機(jī)。在前面我們介紹過(guò)一個(gè)最簡(jiǎn)單的原理性交流發(fā)電機(jī),它是靠線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)而獲得的交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的。交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系圖,基本上是正弦或余弦函數(shù)的波形,這樣的交流電叫做簡(jiǎn)諧交流電。
2.在無(wú)線電電子設(shè)備中的各種電訊號(hào),大多也是交流電信號(hào)
這里電訊號(hào)的來(lái)源是多種多樣的。在收音機(jī)、電視機(jī)中通過(guò)天線接收了從電臺(tái)發(fā)射到空間的電磁波。形成整機(jī)的訊號(hào)源。
3.在許多電子測(cè)量?jī)x器(如交流電橋、示波器、頻率計(jì)、q 表等)中, 這些訊號(hào)發(fā)生器自身也是一些特殊的電子電路,靠它激發(fā)的自生振蕩,為其它測(cè)量?jī)x器提供交流電動(dòng)勢(shì)。在各種無(wú)線電電子設(shè)備中往往具有多級(jí)放大電路,這時(shí)除了整機(jī)的交流電源外,前一級(jí)放大器的輸出是后一級(jí)的輸入,對(duì)后一級(jí)電路來(lái)說(shuō),我們也可以把前一級(jí)作為訊號(hào)源。實(shí)際中不同場(chǎng)合應(yīng)用的交流隨時(shí)間變化的波形是多種多樣的:
(1)市電是50周的簡(jiǎn)諧波;
(2)電子示波器用來(lái)掃描的訊號(hào)是鋸齒波;
(3)電子計(jì)算機(jī)中采用的訊號(hào)是矩形脈沖;
(4)激光通訊用來(lái)載波的是尖脈沖;
(5)廣播電臺(tái)發(fā)射的訊號(hào)在中波段是535kc—1605kc的調(diào)幅波(即振幅隨時(shí)間變化的簡(jiǎn)諧波);
(6)電視臺(tái)和通訊系統(tǒng)發(fā)射的訊號(hào)兼有調(diào)幅和調(diào)頻波(即頻率隨時(shí)間變化的簡(jiǎn)諧波)。
這里講的“波”是習(xí)慣說(shuō)法,其實(shí)都是電流i 隨時(shí)間t的變化狀態(tài)(即振動(dòng)狀態(tài)),而不是波。我們知道,波方程必須既是時(shí)間t又是空間r(或其中之一,如x)的函數(shù)。雖然交流電的波形多種多樣,但其中最重要的是簡(jiǎn)諧交流電,這是因?yàn)椋?br>
(1)簡(jiǎn)諧交流電是一種最常見(jiàn)的交流電,由于非簡(jiǎn)諧交流電可能引起用電器(如電動(dòng)機(jī))額外的功率損耗,并造成電路的某些部分出現(xiàn)不應(yīng)有的高電壓,從而引起種種危害,因此,工業(yè)及民用交流電都采用簡(jiǎn)諧交流電;
(2)任何非簡(jiǎn)諧式的交流電都可分解為一系列不同的頻率的簡(jiǎn)諧成分。例如方形波可用fourier series表示為:這級(jí)數(shù)的前三項(xiàng)相加,所得結(jié)果就已與方波的形狀有相當(dāng)?shù)慕屏恕?br>
(3)不同頻率的簡(jiǎn)諧成分在線性電路種彼此獨(dú)立,互不干擾。
由于同頻率簡(jiǎn)諧函數(shù)疊加的結(jié)果仍舊是該頻率的簡(jiǎn)諧函數(shù),簡(jiǎn)諧函數(shù)的微商和積分也是同一頻率的簡(jiǎn)諧函數(shù)。這樣一來(lái),不但使簡(jiǎn)諧交流電路問(wèn)題處理和運(yùn)算特別簡(jiǎn)單,而且不同頻率的簡(jiǎn)諧交流電在電路中彼此獨(dú)立,互不干擾。因?yàn)楫?dāng)有不同頻率的簡(jiǎn)諧成分同時(shí)存在時(shí),我們可以一個(gè)個(gè)單獨(dú)處理。由于以上幾點(diǎn)理由,在一切波形的交流電中,簡(jiǎn)諧交流電是最基本的,以后各節(jié)只討論簡(jiǎn)諧交流電,它是處理一切交流電問(wèn)題的基礎(chǔ)。
我們知道,所謂交流電就是大小和方向都隨著時(shí)間不斷交變的電流。
如下右圖所示為一正弦交流電動(dòng)勢(shì)的波形圖,由圖可以得知:交流電跟別的周期性過(guò)程一樣,是用周期或頻率來(lái)表示其變化的快慢。正弦交流電由零值增加到正最大值,然后又逐漸減少至零,然后改變方向又由零值逐漸增加到反方向(波形先是向上,然后是向下,所以是反方向)的最大值,最后減少到零。
正弦交流電這樣循環(huán)變化一周所需的時(shí)間叫做周期,用字母“t”表示。單位是秒(字母“s”表示),常用的還有毫秒(ms)、微妙(μs)、納秒(ns)。
由周期定義可知,周期越大,表面變化一周所需時(shí)間越長(zhǎng),即變化越慢,反之周期越小,表面交變電變化一周所需時(shí)間越短,即變化越快。
交流電在1秒鐘內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),叫做交流電的頻率,用“f”表示,單位是赫茲,簡(jiǎn)稱(chēng)赫,用“hz”表示。頻率的常用單位還有千赫(khz)、兆赫(mhz)
周期和頻率都是描述交流電變化快慢的物理量,兩者的關(guān)系為:
除了周期和頻率描述交流電的變化快慢外,還可以用電角度(角頻率)來(lái)描述。角頻率用“ω”表示,單位為弧度/秒
因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)交變一周期,電角度就改變2π弧度,而所需時(shí)間為t,所以電角速度(角頻率)與頻率的關(guān)系為:
由上式可知,周期、頻率和角頻率三者之間是相互聯(lián)系的,如果知道其中一個(gè),便可求得另外兩個(gè)。例如我國(guó)電流系統(tǒng)中,交流電的頻率是50hz,則周期t=1/f=0.02s,角頻率ω=2πf=314弧度/秒。美國(guó)、日本、西歐國(guó)家頻率是60hz。