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一文详解交流电与交流电路基本知识

电子技术控 来源:头条号资深电工老吴 2023-01-30 16:33 次阅读

在《图文详解直流电与直流电路基本知识,内容全面,赶紧点赞、收藏哦》一文中,介绍了直流电和直流电路的基本知识,而在我们的实际生活和工作中,绝大部分用电设备或家用电器,都是使用交流电,而供电部门电网提供的也是交流电。 因此,比较而言,交流电有着更广泛的应用,交流电和交流电路的基本知识,是每个电气(工)必须熟悉和掌握的。

本文通过图文,分享交流电和分类、常见交流电源、交流发电机基本工作原理、交流电路等交流电和交流电路方面的基本知识,以期建立对交流电、交流电路的初步概念,为今后进一步学习交流电路方面各类知识打下基础。

一、什么是交流电和其分类

交流电是指大小和方向会随时间周期性变化的电压或电流。 在下图中,0~t4这段时间以及后续时间内,电流I的大小、方向,都是随着时间t的变化而出现周期性的、按正弦波形进行变化。

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交流电分为:单相交流电、两相交流电、三相交流电

二、常见交流电源

常见的能产生交流电的交流电源有汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、变压器、UPS电源、稳压电源等等。 其中汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机等是将其它化石能源转换为电能,变压器、UPS电源、稳压电源等是将来自电网的交流电,变换成用电设备所需的交流电,其本身不会产生电能。

三、交流发电机基本工作原理

交流发电机是由转子和定子组成,转子是由永磁体或励磁绕组构成的,当水轮机或汽轮机带动发电机转子旋转时,转子磁极旋转,会对定子线圈辐射磁场,磁力线切割定子线圈,定子线圈中便会产生感应电动势,转子磁极转动一周就会使定子线圈产生相应的电动势(电压)。 由于感应电动势的强弱与感应磁场的强度成正比,感应电动势的极性也与感应磁场的极性相对应。 定子线圈所受到的感应磁场是正反向交替周期性变化的。 转子磁极匀速转动时,感应磁场是按正弦规律变化的,发电机输出的电动势波形为正弦波形。

下图为发电机基本原理图,发电机定子线圈根据电磁感应原理产生电动势,当线圈受到变化磁场的作用时,即线圈切割磁力线便会产生感应磁场,感应磁场的方向与作用磁场方向相反。

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1、单相交流电

交流电是由交流发电机产生的,交流发电机有产生单相交流电的机型和产生三相交流电的机型。

单相交流电在电路中具有单一交变的电压,该电压以一定的频率随时间变化,如下图所示。 在单相交流发电机中,只有一个线圈绕制在铁心上构成定子,转子是永磁体,当其内部的定子和线圈为一组时,它所产生的感应电动势(电压)也为一组(相),由两条线进行传输。

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2、两相交流电

在发电机内设有两组定子线圈互相垂直地分布在转子外围,如下图所示。 转子旋转时,会在两组定子线圈各自产生一组感应电动势,这两组电动势之间有90°的相位差,这种电源称为两相电源,多用在自动化设备中。

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3、三相交流电

三相交流电是由三相交流发电机产生的,此时发电机在定子槽内放置着三个结构相同的定子绕组A、B、C,这些绕组在空间互隔120°。 转子旋转时,其磁场在空间按正弦规律变化,当转子由水轮机或汽轮机带动以角速度ω等速顺时针方向旋转时,在三个定子绕组中就会产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的三个正弦电动势,即对称的三相电动势,如下图所示。 我们日常生活、工作中所使用的来自电网的电都是由三相交流发电机发出的。

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四、交流电路

我们将交流电通过的电路称为交流电路。 交流电路普遍用于人们的日常生活和生产中,下面就分别介绍一下三相交流电路和单相交流电路。

在实际工作中,我们日常所用的电源,绝大多数都是来自电网的三相交流电,电网将各类发电机所发出来的电,经输电、变电、配电系统,送到各个用电用户附近,通过配电变压器将高压转换成日常工作和生活所用的低压电,

1、三相交流电路

三相交流电路的配电方式主要TT系统、TN-C系统、TN-C-S系统、TN-S系统

1)TT系统

TT系统,是指配电线路由三根相线(L1、L2、L3)和一根中性导线(N,俗称零线)构成,相线(L1、L2、L3)和中性导线(N)之间的电压为220V,而相线与相线之间的电压为380V,电源侧(配电变压器中性点)的接地与用电设备接地是完全分开的。

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2)TN-C系统

TN-C系统是指从配电变压器低压配电柜PEN母线接出PEN导体,直至终端配电箱和终端用电设备,PE和N导体都是合并的,即配电线路由三根相线(L1、L2、L3)和中性导线和接地导体合二为一的(PEN)线构成,每根相线之间的电压为380V,中性导线(N)与相线(L)之间的电压为220V, 电气设备金属外壳经过保护接地线(PE)与中性导线和接地导体合二为一的(PEN)线相连后接入与电源侧的接地装置。

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3)TN-C-S系统

TN-C-S系统是指从配电变压器低压配电柜PEN母线接出PEN导体,到下一级配电箱(通常在建筑物进线处),将 PE导体和 N导体分开。 在该分开点之前为TN-C,之后则为TN-S。

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4)TN-S系统

TN-S系统是指从配电变压器低压配电柜的PEN母线(保护中性导体)引接出N导体,从该柜内的PE母线接出PE导体,从低压配电柜起把PE导体和N导体分离,形成TN-S系统,即从配电变压器低压配电柜,分别引出三根相线(L1、L2、L3)、中性导线(N)和保护接地线(PE)至各个用户。

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2、单相两线制、单相三线制交流电路

在实际中很多用电设备由于其功率较小,其电压为220V,如我们的家用电器、照明等家庭用电都是220V,此时采用220V单相配电即可。

单相交流电路的配电方式,根据其从配电箱引出的导线数量,分为单相两线制、单相三线制。

1)单相两线制

单相两线制是指配电线路仅由一根相线(L)和一根中性线(N)构成,通过这两根线获取220V单相电压,分配给各用电设备。

根据有关设计规范,照明灯具线路采用单相二线制即可,如下图所示。

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2)单相三线制

单相三线制是在单相两线制的基础上添加一条保护接地导体,即由一根相线(L)、中性导线(N)和保护接地线(PE)构成。 其中,保护接地线(PE)与相线(L)之间的电压为220V,中性导线(N)与相线(L)之间的电压为220V。 由于不同接地点存在一定的电位差,因而零线与地线之间可能有一定的电压。

按照有关设计规范,在家庭配电线路中的各类电源插座,为确保人身安全,要求采用单相三线制交流电路。

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审核编辑:汤梓红
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原文标题:详解交流电与交流电路基本知识,内容全面

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