交變電流又稱交流電（alternating[ˈɔltərˌneɪt] current[ˈkɚrənt, ˈkʌr-]），簡稱為AC。交流電也稱“交變電流”，簡稱“交流”。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。
基本介紹
- 中文名：自由交變電流
- 外文名：free alternating current
- 類型：電流
- 領域：電子
- 相關：中性面、交變電流
交變電流,簡介/交變電流編輯,概念/交變電流編輯,物理特性/交變電流編輯,物理變化規律/交變電流編輯,周期與頻率編輯,周期T,頻率f,T、f、w三者之間的關係,相位,交變電流的有限值,力傳輸輯,交變電流的產生,交變電流的圖象和變化規律,
交變電流
它的最基本的形式是正弦電流。當發現了電磁感應後，產生交流電流的方法則被發現。早期的成品由麥可·法拉第與波利特·皮克西等人開發出來。其中，波利特·皮克西Hippolyte Pixii於1832年基於麥可·法拉第Michael Faraday的原理製造了第一台交流電機。
簡介/交變電流編輯
交流電
發明最早交流發電機的是法國工程師A.M.皮克西（1832年）
發明最早交流發電機的是法國工程師A.M.皮克西（1832年）
以正弦交流電套用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經過數學處理後，化成為正弦交流電的迭加。正弦電流（又稱簡諧電流），是時間的簡諧函式。
當閉合線圈在磁場中勻速轉動時，線圈裡就產生大小和方向作周期性改變的交流電。
現在使用的交流電，一般頻率是50Hz。
我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中，交流電用符號"~"表示。
電流隨時間的變化規律，由此看出：正弦交流電需用頻率、峰值和相位三個物理量來描述。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關係以及功率（或能量）的分配問題。由於交流電具有隨時間變化的特點，因此產生了一系列區別於直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現象和規律就複雜了。
簡諧交流電
根據傅立葉級數的原理，周期函式都可以展開為以正弦函式、餘弦函式組成的無窮級數，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正餘弦交流電的合成。
頻率
當閉合線圈在磁場中勻速轉動時，線圈裡就產生大小和方向作周期性改變的交流電。
現在使用的交流電，一般頻率是50Hz。
我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中，交流電用符號"~"表示。
電流隨時間的變化規律，由此看出：正弦交流電需用頻率、峰值和相位三個物理量來描述。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關係以及功率（或能量）的分配問題。由於交流電具有隨時間變化的特點，因此產生了一系列區別於直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現象和規律就複雜了。
簡諧交流電
根據傅立葉級數的原理，周期函式都可以展開為以正弦函式、餘弦函式組成的無窮級數，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正餘弦交流電的合成。
頻率
交流電的頻率是指它單位時間內周期性變化的次數，單位是赫茲（Hz），與周期成倒數關係。日常生活中的交流電的頻率一般為50赫茲，而無線電技術中涉及的交流電頻率一般較大，達到千赫茲（KHz）甚至兆赫茲（MHz）的度量。
有效值
交變電流的有效值是根據電流的熱效應來規定。讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果他們在相同的時間內產生的熱量相同，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。
各種使用交變電流的用電器上所標的額定電壓，額定電流值都是指交變電流的有效值。
各種交流電流表和交流電壓表的測量值也都是有效值。
計算保險絲的熔斷電流也用有效值。
峰值
交變電流的峰值是交流電流在一個周期內所能達到的最大值。
矩形線圈在勻強磁場中繞垂直與磁場的轉軸轉到與磁感線平行時，感應電動勢有最大值Em=NBSω。交變電流的最大值可以用來表示電流強弱和電壓高低大小。
有效值
交變電流的有效值是根據電流的熱效應來規定。讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果他們在相同的時間內產生的熱量相同，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。
各種使用交變電流的用電器上所標的額定電壓，額定電流值都是指交變電流的有效值。
各種交流電流表和交流電壓表的測量值也都是有效值。
計算保險絲的熔斷電流也用有效值。
峰值
交變電流的峰值是交流電流在一個周期內所能達到的最大值。
矩形線圈在勻強磁場中繞垂直與磁場的轉軸轉到與磁感線平行時，感應電動勢有最大值Em=NBSω。交變電流的最大值可以用來表示電流強弱和電壓高低大小。
概念/交變電流編輯
交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化而且在一周期內的平均值等於零的電流叫做交變電流（alternating current),簡稱交流（AC)。
物理特性/交變電流編輯
物理變化規律/交變電流編輯
交變電流圖冊
根據法拉第電磁感應定律可以導出,電動勢e隨時間變化的規律為：
e=Em sin wt ⑴ e=nBSw×sinwt （n是匝數，B是磁場強度，S是面積，w是角速度）
從中性面開始轉動用上述公式，若從中性面的垂直面開始轉動則用e=Em Coswt
式中Em是個常數，表示電動勢可能達到的最大值，叫做電動勢的峰值（peak value),w是發電機線圈轉動的角速度.
由於發電機的電動勢按照正弦規律變化，所以單個負載為電燈等用電器時，負載兩端的電壓u，流過的電流i，也按正弦規律變化，即
Em=nBSω Im=Em/R總=nBSw/(R+r)
u=Um sin ωt ⑵
i=Im sin ωt ⑶
式中Um和Im 分別為電壓和電流的峰值，而e,u,i則是這幾個量的瞬間值.
這種按正弦規律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡稱正弦式電流（sinusoidal current).
正弦式電流是最簡單最基本的交變電流.電力系統中套用的大多是正弦式電流.
正弦式電流的有效值 I U 與峰值 Im Um 之間有如下關係
I=Im/(根號2）=0.707Im
U=Um/（根號2）=0.707Um
公式I=Im/根號下2 u=Um/根號下2，還有其他交變電流，上述只是電動勢按照正弦規律變化的正弦交變電流
正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值，特別要注意它們之間的區別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬時值用e表示，平均值用 表示。它們的關係為：，e=Emsinωt。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求：。特別要注意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可混淆。
生活中用的市電電壓為220V，其最大值為Um=220（根號2） V=311V，頻率為50HZ，所以其電壓瞬時值的表達式為u=311sin314tV。
e=Em sin wt ⑴ e=nBSw×sinwt （n是匝數，B是磁場強度，S是面積，w是角速度）
從中性面開始轉動用上述公式，若從中性面的垂直面開始轉動則用e=Em Coswt
式中Em是個常數，表示電動勢可能達到的最大值，叫做電動勢的峰值（peak value),w是發電機線圈轉動的角速度.
由於發電機的電動勢按照正弦規律變化，所以單個負載為電燈等用電器時，負載兩端的電壓u，流過的電流i，也按正弦規律變化，即
Em=nBSω Im=Em/R總=nBSw/(R+r)
u=Um sin ωt ⑵
i=Im sin ωt ⑶
式中Um和Im 分別為電壓和電流的峰值，而e,u,i則是這幾個量的瞬間值.
這種按正弦規律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡稱正弦式電流（sinusoidal current).
正弦式電流是最簡單最基本的交變電流.電力系統中套用的大多是正弦式電流.
正弦式電流的有效值 I U 與峰值 Im Um 之間有如下關係
I=Im/(根號2）=0.707Im
U=Um/（根號2）=0.707Um
公式I=Im/根號下2 u=Um/根號下2，還有其他交變電流，上述只是電動勢按照正弦規律變化的正弦交變電流
正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值，特別要注意它們之間的區別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬時值用e表示，平均值用 表示。它們的關係為：，e=Emsinωt。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求：。特別要注意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可混淆。
生活中用的市電電壓為220V，其最大值為Um=220（根號2） V=311V，頻率為50HZ，所以其電壓瞬時值的表達式為u=311sin314tV。
周期與頻率編輯
交變電流的周期和頻率都是描述交變電流的物理量。
周期T
交變電流完成一次周期性變化所需的時間，單位是秒（s）。周期越長，交變電流變化越慢，在一個周期內，交變電流的大小和方向都隨時間變化。
頻率f
交變電流在1s內完成周期性變化的次數，單位是赫茲（Hz），頻率越大，交變電流變化越快。
T、f、w三者之間的關係
T=1/f,f=1/T,w=2π/T=2πf
相位
在交流電中i=Imsin（ωt+α）中的（ωt+α）叫做相位（位相角）。它表征函式在變化過程中某一時刻達到的狀態。例如，在階段，當ωt+α=0時達到取零值的階段，等等。α是t=0時的位相，叫初相。在實際問題中，更重要的是兩個交流電之間的相位差。圖3－18畫出了電壓ul和u2的三種不同的相位差。圖3－48a中可看到兩個電壓隨時間而變化的步調是一致的，同時到達各自的峰值，又同時下降為零。故稱這兩個電壓為同位相，也就是說它們之間的相位差為零。3－48b中兩個電壓隨時間變化的步調是相反的，u1為正半周時，u2為負半周，u1達到正最大值時，u2達到負的最大值，則這兩個電壓的位相相反，或者說它們之間的位相差為π。圖3－48c中兩個電壓的變化步調既不一致也不相反，而是有一個先後，它們之間的位相差介於0與π之間。從圖3－48c中可以看出u1和u2之間的位相位是π/2。總之，兩個交流電壓或電流之間的相位差是它們之間變化步調的反映。
交變電流的有限值
交變電流圖冊
在交流電變化的一個周期內，交流電流在電阻R上產生的熱量相當於多大數值的直流電流在該電阻上所產生的熱量，此直流電流的數值就是該交流電流的有效值。例如在同一個電阻上，分別通以交流電i（t）和直流電I，通電時間相同，如果它們產生的總熱量相等，則說這兩個電流是等效的。交流電的有效值通常用U或（I）來表示。U表示等效電壓，I表示等效電流。設一電阻R，通以交流電i，在很短的一段時間dt內，流經電阻R的交流電可認為是恆定的，因此在這很短的時間內在R上產生的熱量
dW=i^2*R*dt
在一個周期內交流電在電阻上產生的總熱量
而直流電I在同一時間T內在該電阻上產生的熱量
根據有效值的定義有
所以有效值W=i^2Rt=A^2Rsin^2（ωt+φ）
可見正弦交流電的有效值等於峰值的0.707倍。通常，交流電錶都是按有效值來刻度的。一般不作特別說明時，交流電的大小均是指有效值。例如市電220伏特，就是指其有效值為220伏特。
dW=i^2*R*dt
在一個周期內交流電在電阻上產生的總熱量
而直流電I在同一時間T內在該電阻上產生的熱量
根據有效值的定義有
所以有效值W=i^2Rt=A^2Rsin^2（ωt+φ）
可見正弦交流電的有效值等於峰值的0.707倍。通常，交流電錶都是按有效值來刻度的。一般不作特別說明時，交流電的大小均是指有效值。例如市電220伏特，就是指其有效值為220伏特。
力傳輸輯
交流電被廣泛運用於電力的傳輸，因為在以往的技術條件下交流輸電比直流輸電更有效率。傳輸的電流在導線上的耗散功率可用P=I2R（功率=電流的平方×電阻）求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸的電流或電線的電阻。由於成本和技術所限，很難降低目前使用的輸電線路（如銅線）的電阻，所以降低傳輸的電流是唯一而且有效的方法。根據P=Ⅳ（功率=電流×電壓，實際上有效功率P=Ⅳcosφ），提高電網的電壓即可降低導線中的電流，以達到節約能源的目的。
而交流電升降壓容易的特點正好適合實現高壓輸電。使用結構簡單的升壓變壓器即可將交流電升至幾千至幾十萬伏特，從而使電線上的電力損失極少。在城市內一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬至幾千伏以保證安全，在進戶之前再次降低至市電電壓（中國、香港220V）或者適用的電壓供用電器使用。一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對於一般用戶只使用其中的一或兩條相線（一條時需要零線）。
近年來直流變壓及輸電技術取得了長足的發展，而高壓直流輸電的浪費會比較小；因此未來有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉換問題。
而交流電升降壓容易的特點正好適合實現高壓輸電。使用結構簡單的升壓變壓器即可將交流電升至幾千至幾十萬伏特，從而使電線上的電力損失極少。在城市內一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬至幾千伏以保證安全，在進戶之前再次降低至市電電壓（中國、香港220V）或者適用的電壓供用電器使用。一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對於一般用戶只使用其中的一或兩條相線（一條時需要零線）。
近年來直流變壓及輸電技術取得了長足的發展，而高壓直流輸電的浪費會比較小；因此未來有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉換問題。
交變電流的產生
(1)交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流，叫做交變電流，簡稱交流。
(2)中性面
自由交變電流
自由交變電流
自由交變電流①中性面：線圈平面與磁感線垂直的位置，或瞬時感應電動勢為零的位置。
②中性面的特點
a．線圈處於中性面位置時，穿過線圈的磁通量Φ最大，但 =0；
b．線圈經過中性面，線圈中感應電流的方向要改變。線圈轉一周，感應電流方向改變兩次。
線圈平面每經過中性面一次，感應電流的方向就改變一次，因此線圈轉動一周，感應電流的方向改變兩次。
(3)交變電流的產生
線圈在不斷轉動，電路中電流的方向也就不斷改變，交變電流就是這樣產生的。
交變電流的圖象和變化規律
(1)交變電流的圖象
①波形圖：反映電壓(或電流)隨時間變化規律的圖象，叫做波形圖。
②交變電流圖象的特點：家庭電路中交變電流的波形圖象為正弦曲線。
(2)交變電流的變化規律
如果線圈從中性面開始計時，逆時針方向勻速轉動，角速度ω，經時間t，線圈轉到圖示位置，ab邊與cd邊的速度方向與磁場方向夾角為ωt
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=Umsinωt
交變電流的最大值表達式
Em=NBSω
Im=
Um=ImR= R
Um=ImR= R
(3)交變電流的類型
①正弦式電流：隨時間按正弦規律變化的電流，叫做正弦式電流。
正弦式電流是一種又最基本的交變電流，家庭電路中的交變電流就是正弦式交變電流。
②其它形式的交變電流
實際中套用的交變電流，不只限於正弦交變電流，它們隨時間的變化規律是各種各樣的。
2.最大值和有效值
(1)最大值
①最大值：交變電流的最大值，指交變電流一個周期內所能達到的最大數值。通常用Im、Em和Um表示最大值。
②意義：可表示交變電流的強弱或電壓的高低。
(2)有效值
①概念
讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同時間內，產生熱量相等，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。通常用大寫字母U、I、E表示有效值。
跟交流熱效應相同的恆定電流的值叫做交流的有效值。定義有效值時要抓三個相同。
②意義：描述交變電流做功或熱效應的物理量。
③正弦式交流的有效值
