第四节　直流电与交流电

一、直流电

方向和大小均不随时间变化的电流或电压称为直流电（DC）。常见的干电池、蓄电池和直流发电机等都是直流电源。直流电的电流方向总是由电源正极流出，再通过电路流到负极。汽车的大部分系统均使用直流电。直流电的优点是，可以被储存在蓄电池中。如图1-17所示为直流电压。

二、单相交流电

大小和方向随时间改变的电压或电流统称为交流电（AC）。在汽车维修企业中，许多大型汽车维修检测设备是用交流电作为电源的，汽车发电机所产生的也是交流电。交流电很容易在发电机中产生，但是却难以储存。因此，发电机配备有整流电路，可以在应用于车辆电气系统之前被转换成直流电。

交流电类型很多，其中最常见的是正弦交流电。正弦交流电的电压和电流都是按正弦规律周期性变化的，其波形如图1-18所示。一个正弦交流电可以由频率（或周期）、幅值（或有效值）和初相位三个要素来确定。

1.频率与周期

正弦交流电变化一次所需的时间称为周期（T）。每秒内变化的次数称为频率（f），它的单位是赫兹（Hz）。

频率是周期的倒数，即。

我国和大多数国家都采用50Hz作为电压标频率，有些国家（如美国、日本等）采用60Hz。这种频率在工业上应用广泛，习惯上也称为工频。通常的交流电动机和照明设备都采用这种频率。

正弦交流电变化的快慢除用周期和频率表示外，还可用角频率来表示，它的单位是弧度/秒（rad/s）。因为一个周期内经历了2πrad，所以角频率为

2.幅值与有效值

交流电在某一时刻的值称为交流电在该时刻的瞬时值，小写字母来表示，如i、u及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值，称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母来表示，如I_m、U_m及E_m分别表示电流、电压及电动势的幅值。正弦电流、电压和电动势的大小往往不是用它们的幅值计量的，而是用有效值。

有效值是通过电流的热效应来规定的，无论交流电还是直流电，只要它们在相等的时间内通过同一电阻并且两者产生的热效应相等，那么这个周期性变化的电流i 的有效值在数值上等于这个电流。

电流为正弦量时，有效值为

正弦电压的有效值为

3.初相位

正弦交流电是随时间变化而周期性变化的，正弦量所取的计时起点不同，初始值就不同，到达幅值或某一特定值所需的时间也就不同。如图1-19所示的波形可表示为

上式中的角度称为正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量变化的进程。当相位角随时间连续变化时，正弦量的瞬时值随之连续变化，当t=0时的相位角称为初相位角或初相位。

三、三相交流电

三相交流电是由三个频率、幅值相等，彼此相位互差120°的单相交流电源构成的。三相电路在汽车维修检测企业中应用很普遍。

1.三相交流电源

三相交流电是由三相交流发电机产生的。如图1-20所示为三相交流发电机原理示意图。图中U₁、V₁、W₁分别表示三个绕组的始端（首端），U₂、V₂、W₂分别表示末端。每一个绕组（线圈组）叫作发电机的一相，在空间上彼此相隔120°。

当原动机（如汽轮机、水轮机、起动机等）带动三相发电机的转子做顺时针匀速转动时，定子绕组切割磁力线，则定子每个绕组中产生的感应电动势分别为eU、eV、eW。由于各绕组的结构相同而位置依次互差120°，因此三个电动势的最大值相等、频率相同，而初相依次互差120°。这样的三个电动势称为三相对称电动势，它们的瞬时值分别为

其波形如图1-21所示。

2.三相电源的连接方法

交流发电机的星形连接如图1-22所示，即将三个末端连在一起，这一连接点称为中性点或零点，用N表示。从中性点引出的导线称为中性线或零线。从始端U₁、V₁、W₁引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。

在图1-22中，每相始端与末端间的电压，即相线与中性线间的电压，称为相电压。而任意两始端间的电压，即两相线间的电压，称为线电压。

三相电路中线电压的大小是相电压的倍，其公式为

式中　——相电压；

　——线电压。

3.三相电路中负载的连接

三相电路中负载的连接方法有两种，即星形连接和三角形连接。

（1）星形连接

① 三相四线制。如图1-23所示是照明负载与电动机的星形连接，其为三相四线制电路，设线电压为380V。照明负载（220V，单相负载）比较均匀地分配在各相之中，接在相线与中性线之间，三相电动机接在三根相线上。

三相电路中的电流也有相电流与线电流之分。每相负载中的电流称为相电流，每根相线中的电流称为线电流。在负载为星形连接时，相电流等于线电流。

② 三相三线制。在三相电压对称的情况下，若负载也对称，那么负载相电流也是对称的，此时中性线中没有电流通过，这时中性线就不需要了，如图1-24所示。三相负载（通常所见的是三相电动机）一般都是对称的，所以三相三线制电路的应用极为广泛。

（2）三角形连接　负载三角形连接的三相电路可用图1-25所示的电路来表示。因为各相负载都直接接在电源的线电压上，所以负载的相电压与电源的线电压相等。因此，不论负载对称与否，其相电压总是对称的。