一文詳解交流電與交流電路基本知識

在《圖文詳解直流電與直流電路基本知識，內容全面，趕緊點贊、收藏哦》一文中，介紹了直流電和直流電路的基本知識，而在我們的實際生活和工作中，絕大部分用電設備或家用電器，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用，交流電和交流電路的基本知識，是每個電氣（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，以期建立對交流電、交流電路的初步概念，為今后進一步學習交流電路方面各類知識打下基礎。

一、什么是交流電和其分類

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

交流電分為：單相交流電、兩相交流電、三相交流電

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、水輪發(fā)電機、柴油發(fā)電機、變壓器、UPS電源、穩(wěn)壓電源等等。 其中汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、柴油發(fā)電機等是將其它化石能源轉換為電能，變壓器、UPS電源、穩(wěn)壓電源等是將來自電網(wǎng)的交流電，變換成用電設備所需的交流電，其本身不會產(chǎn)生電能。

三、交流發(fā)電機基本工作原理

交流發(fā)電機是由轉子和定子組成，轉子是由永磁體或勵磁繞組構成的，當水輪機或汽輪機帶動發(fā)電機轉子旋轉時，轉子磁極旋轉，會對定子線圈輻射磁場，磁力線切割定子線圈，定子線圈中便會產(chǎn)生感應電動勢，轉子磁極轉動一周就會使定子線圈產(chǎn)生相應的電動勢（電壓）。 由于感應電動勢的強弱與感應磁場的強度成正比，感應電動勢的極性也與感應磁場的極性相對應。 定子線圈所受到的感應磁場是正反向交替周期性變化的。 轉子磁極勻速轉動時，感應磁場是按正弦規(guī)律變化的，發(fā)電機輸出的電動勢波形為正弦波形。

下圖為發(fā)電機基本原理圖，發(fā)電機定子線圈根據(jù)電磁感應原理產(chǎn)生電動勢，當線圈受到變化磁場的作用時，即線圈切割磁力線便會產(chǎn)生感應磁場，感應磁場的方向與作用磁場方向相反。

1、單相交流電

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

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間變化，如下圖所示。 在單相交流發(fā)電機中，只有一個線圈繞制在鐵心上構成定子，轉子是永磁體，當其內部的定子和線圈為一組時，它所產(chǎn)生的感應電動勢（電壓）也為一組（相），由兩條線進行傳輸。

2、兩相交流電

在發(fā)電機內設有兩組定子線圈互相垂直地分布在轉子外圍，如下圖所示。 轉子旋轉時，會在兩組定子線圈各自產(chǎn)生一組感應電動勢，這兩組電動勢之間有90°的相位差，這種電源稱為兩相電源，多用在自動化設備中。

3、三相交流電

三相交流電是由三相交流發(fā)電機產(chǎn)生的，此時發(fā)電機在定子槽內放置著三個結構相同的定子繞組A、B、C，這些繞組在空間互隔120°。 轉子旋轉時，其磁場在空間按正弦規(guī)律變化，當轉子由水輪機或汽輪機帶動以角速度ω等速順時針方向旋轉時，在三個定子繞組中就會產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的三個正弦電動勢，即對稱的三相電動勢，如下圖所示。 我們日常生活、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。

在實際工作中，我們日常所用的電源，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)電機所發(fā)出來的電，經(jīng)輸電、變電、配電系統(tǒng)，送到各個用電用戶附近，通過配電變壓器將高壓轉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）和一根中性導線（N，俗稱零線）構成，相線（L1、L2、L3）和中性導線（N）之間的電壓為220V，而相線與相線之間的電壓為380V，電源側（配電變壓器中性點）的接地與用電設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導體，直至終端配電箱和終端用電設備，PE和N導體都是合并的，即配電線路由三根相線（L1、L2、L3）和中性導線和接地導體合二為一的（PEN）線構成，每根相線之間的電壓為380V，中性導線（N）與相線（L）之間的電壓為220V， 電氣設備金屬外殼經(jīng)過保護接地線（PE）與中性導線和接地導體合二為一的（PEN）線相連后接入與電源側的接地裝置。

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導體，到下一級配電箱（通常在建筑物進線處），將 PE導體和 N導體分開。 在該分開點之前為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（保護中性導體）引接出N導體，從該柜內的PE母線接出PE導體，從低壓配電柜起把PE導體和N導體分離，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）、中性導線（N）和保護接地線（PE）至各個用戶。

2、單相兩線制、單相三線制交流電路

在實際中很多用電設備由于其功率較小，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）構成，通過這兩根線獲取220V單相電壓，分配給各用電設備。

根據(jù)有關設計規(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上添加一條保護接地導體，即由一根相線（L）、中性導線（N）和保護接地線（PE）構成。 其中，保護接地線（PE）與相線（L）之間的電壓為220V，中性導線（N）與相線（L）之間的電壓為220V。 由于不同接地點存在一定的電位差，因而零線與地線之間可能有一定的電壓。

按照有關設計規(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。