詳解交流電與交流電路基本知識(shí)，內(nèi)容全面

我是凡人不是仙 2023-01-28 發(fā)布于湖北

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在《圖文詳解直流電與直流電路基本知識(shí)，內(nèi)容全面，趕緊點(diǎn)贊、收藏哦》一文中，介紹了直流電和直流電路的基本知識(shí)，而在我們的實(shí)際生活和工作中，絕大部分用電設(shè)備或家用電器，都是使用交流電，而供電部門電網(wǎng)提供的也是交流電。因此，比較而言，交流電有著更廣泛的應(yīng)用，交流電和交流電路的基本知識(shí)，是每個(gè)電氣（工）必須熟悉和掌握的。

本文通過圖文，分享交流電和分類、常見交流電源、交流發(fā)電機(jī)基本工作原理、交流電路等交流電和交流電路方面的基本知識(shí)，以期建立對(duì)交流電、交流電路的初步概念，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)交流電路方面各類知識(shí)打下基礎(chǔ)。

一、什么是交流電和其分類

交流電是指大小和方向會(huì)隨時(shí)間周期性變化的電壓或電流。在下圖中，0~t4這段時(shí)間以及后續(xù)時(shí)間內(nèi)，電流I的大小、方向，都是隨著時(shí)間t的變化而出現(xiàn)周期性的、按正弦波形進(jìn)行變化。

交流電分為：?jiǎn)蜗嘟涣麟?、兩相交流電、三相交流?/section>

二、常見交流電源

常見的能產(chǎn)生交流電的交流電源有汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、變壓器、UPS電源、穩(wěn)壓電源等等。其中汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)等是將其它化石能源轉(zhuǎn)換為電能，變壓器、UPS電源、穩(wěn)壓電源等是將來自電網(wǎng)的交流電，變換成用電設(shè)備所需的交流電，其本身不會(huì)產(chǎn)生電能。

三、交流發(fā)電機(jī)基本工作原理

交流發(fā)電機(jī)是由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子是由永磁體或勵(lì)磁繞組構(gòu)成的，當(dāng)水輪機(jī)或汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)，會(huì)對(duì)定子線圈輻射磁場(chǎng)，磁力線切割定子線圈，定子線圈中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)動(dòng)一周就會(huì)使定子線圈產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)（電壓）。由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的強(qiáng)弱與感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性也與感應(yīng)磁場(chǎng)的極性相對(duì)應(yīng)。定子線圈所受到的感應(yīng)磁場(chǎng)是正反向交替周期性變化的。轉(zhuǎn)子磁極勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)磁場(chǎng)是按正弦規(guī)律變化的，發(fā)電機(jī)輸出的電動(dòng)勢(shì)波形為正弦波形。

下圖為發(fā)電機(jī)基本原理圖，發(fā)電機(jī)定子線圈根據(jù)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)線圈受到變化磁場(chǎng)的作用時(shí)，即線圈切割磁力線便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)的方向與作用磁場(chǎng)方向相反。

1、單相交流電

交流電是由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，交流發(fā)電機(jī)有產(chǎn)生單相交流電的機(jī)型和產(chǎn)生三相交流電的機(jī)型。

單相交流電在電路中具有單一交變的電壓，該電壓以一定的頻率隨時(shí)間變化，如下圖所示。在單相交流發(fā)電機(jī)中，只有一個(gè)線圈繞制在鐵心上構(gòu)成定子，轉(zhuǎn)子是永磁體，當(dāng)其內(nèi)部的定子和線圈為一組時(shí)，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電壓）也為一組（相），由兩條線進(jìn)行傳輸。

2、兩相交流電

在發(fā)電機(jī)內(nèi)設(shè)有兩組定子線圈互相垂直地分布在轉(zhuǎn)子外圍，如下圖所示。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在兩組定子線圈各自產(chǎn)生一組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這兩組電動(dòng)勢(shì)之間有90°的相位差，這種電源稱為兩相電源，多用在自動(dòng)化設(shè)備中。

3、三相交流電

三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，此時(shí)發(fā)電機(jī)在定子槽內(nèi)放置著三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的定子繞組A、B、C，這些繞組在空間互隔120°。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁場(chǎng)在空間按正弦規(guī)律變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子由水輪機(jī)或汽輪機(jī)帶動(dòng)以角速度ω等速順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在三個(gè)定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的三個(gè)正弦電動(dòng)勢(shì)，即對(duì)稱的三相電動(dòng)勢(shì)，如下圖所示。我們?nèi)粘Ｉ?、工作中所使用的來自電網(wǎng)的電都是由三相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的。

四、交流電路

我們將交流電通過的電路稱為交流電路。交流電路普遍用于人們的日常生活和生產(chǎn)中，下面就分別介紹一下三相交流電路和單相交流電路。

在實(shí)際工作中，我們?nèi)粘Ｋ玫碾娫?，絕大多數(shù)都是來自電網(wǎng)的三相交流電，電網(wǎng)將各類發(fā)電機(jī)所發(fā)出來的電，經(jīng)輸電、變電、配電系統(tǒng)，送到各個(gè)用電用戶附近，通過配電變壓器將高壓轉(zhuǎn)換成日常工作和生活所用的低壓電，

1、三相交流電路

三相交流電路的配電方式主要TT系統(tǒng)、TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)

1）TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)，是指配電線路由三根相線（L1、L2、L3）和一根中性導(dǎo)線（N，俗稱零線）構(gòu)成，相線（L1、L2、L3）和中性導(dǎo)線（N）之間的電壓為220V，而相線與相線之間的電壓為380V，電源側(cè)（配電變壓器中性點(diǎn)）的接地與用電設(shè)備接地是完全分開的。

2）TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)是指從配電變壓器低壓配電柜PEN母線接出PEN導(dǎo)體，直至終端配電箱和終端用電設(shè)備，PE和N導(dǎo)體都是合并的，即配電線路由三根相線（L1、L2、L3）和中性導(dǎo)線和接地導(dǎo)體合二為一的（PEN）線構(gòu)成，每根相線之間的電壓為380V，中性導(dǎo)線（N）與相線（L）之間的電壓為220V，電氣設(shè)備金屬外殼經(jīng)過保護(hù)接地線（PE）與中性導(dǎo)線和接地導(dǎo)體合二為一的（PEN）線相連后接入與電源側(cè)的接地裝置。

3）TN-C-S系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)是指從配電變壓器低壓配電柜PEN母線接出PEN導(dǎo)體，到下一級(jí)配電箱（通常在建筑物進(jìn)線處），將 PE導(dǎo)體和 N導(dǎo)體分開。在該分開點(diǎn)之前為TN-C，之后則為TN-S。

4）TN-S系統(tǒng)

TN-S系統(tǒng)是指從配電變壓器低壓配電柜的PEN母線（保護(hù)中性導(dǎo)體）引接出N導(dǎo)體，從該柜內(nèi)的PE母線接出PE導(dǎo)體，從低壓配電柜起把PE導(dǎo)體和N導(dǎo)體分離，形成TN-S系統(tǒng)，即從配電變壓器低壓配電柜，分別引出三根相線（L1、L2、L3）、中性導(dǎo)線（N）和保護(hù)接地線（PE）至各個(gè)用戶。

2、單相兩線制、單相三線制交流電路

在實(shí)際中很多用電設(shè)備由于其功率較小，其電壓為220V，如我們的家用電器、照明等家庭用電都是220V，此時(shí)采用220V單相配電即可。

單相交流電路的配電方式，根據(jù)其從配電箱引出的導(dǎo)線數(shù)量，分為單相兩線制、單相三線制。

1）單相兩線制

單相兩線制是指配電線路僅由一根相線（L）和一根中性線（N）構(gòu)成，通過這兩根線獲取220V單相電壓，分配給各用電設(shè)備。

根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，照明燈具線路采用單相二線制即可，如下圖所示。

2）單相三線制

單相三線制是在單相兩線制的基礎(chǔ)上添加一條保護(hù)接地導(dǎo)體，即由一根相線（L）、中性導(dǎo)線（N）和保護(hù)接地線（PE）構(gòu)成。其中，保護(hù)接地線（PE）與相線（L）之間的電壓為220V，中性導(dǎo)線（N）與相線（L）之間的電壓為220V。由于不同接地點(diǎn)存在一定的電位差，因而零線與地線之間可能有一定的電壓。

按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，在家庭配電線路中的各類電源插座，為確保人身安全，要求采用單相三線制交流電路。

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