1.5.2　单相交流电

交流电具有方向和大小都随时间进行周期性变化的电压或电流。单相交流电是电路中只有单一交流电压的交流电。单相交流电的类型很多，其中最常见的是正弦交流电，因此这里以正弦交流电为例进行介绍。

1. 符号、电路和波形

正弦交流电的符号、电路和波形如图1-20所示。

• 在0～t1期间：交流电源的电压极性是上正下负，电流I的方向：交流电源正极→电阻R→交流电源负极，并且电流I逐渐增大，在t1时刻电流达到最大值。

• 在t1～t2期间：交流电源的电压极性仍是上正下负，电流I的方向：交流电源正极→电阻R→交流电源负极，但电流I逐渐减小，在t2时刻电流为0。

• 在t2～t3期间：交流电源的电压极性变为上负下正，电流I的方向也发生改变：交流电源正极→电阻R→交流电源负极，反方向电流逐渐增大，在t3时刻反方向电流达到最大值。

• 在t3～t4期间：交流电源的电压极性仍为上负下正，电流仍是反方向，电流的方向：交流电源正极→电阻R→交流电源负极，反方向电流逐渐减小，在t4时刻反方向电流减小到0。

• 在t4时刻以后，交流电源的电流大小和方向变化与0～t4期间的变化相同。实际上，不但电流大小和方向按正弦波变化，其电压大小和方向变化也像电流一样，按正弦波变化。

2. 周期和频率

周期和频率是交流电中最常用的两个概念，正弦交流电的周期、频率示意图如图1-21所示。

（1）周期

从图1-21可以看出，交流电的变化过程是不断重复的。交流电重复变化一次所需的时间称为周期，周期用T表示，单位是秒（s）。图1-21所示交流电的周期：T=0.02s，说明该交流电每隔0.02s就会重复变化一次。

（2）频率

交流电在每秒内重复变化的次数称为频率，频率用f表示，它是周期的倒数，即

频率的单位是赫兹（Hz）。图1-21所示交流电的周期：T=0.02s，那么它的频率f=1/T=1/0.02=50Hz，说明在1s内交流电能重复0～t4这个过程50次。交流电的变化越快，变化一次所需的时间越短，即周期越短，频率越高。

3. 瞬时值和有效值

（1）瞬时值

交流电的大小和方向是不断变化的，交流电在某一时刻的值称为交流电在该时刻的瞬时值。以图1-21所示的交流电压为例，它在t1时刻的瞬时值为220V（约为311V），该值为最大瞬时值，在t2时刻的瞬时值为0V，该值为最小瞬时值。

（2）有效值

交流电的大小和方向是不断变化的，这给电路计算和测量带来不便，为此引入有效值的概念。对交流电有效值的说明图如图1-22所示。

图1-22所示两个电路中的电热丝完全一样，现分别给电热丝通交流电和直流电，如果两个电路的通电时间相同，并且电热丝发出的热量也相同，则对电热丝来说，这里的交流电和直流电是等效的，此时就将图1-22（b）中直流电的电压值或电流值称为图1-22（a）中交流电的有效电压值或有效电流值。

正弦交流电的有效值与最大瞬时值的关系：最大瞬时值有效值。例如，交流市电的有效电压值为220V，它的最大瞬时电压值为。