單相交流電

交流發電機中，只有一組（個）線圈和一個磁場。凡類似這種結構的交流發電機，發出的交流電為單相交流電 ^[1]  。

在線圈中只產生一個交變電動勢,這樣的交流電便是單相交流電。

交流發電機利用電磁感應原理工作，如圖《單相交流發電機原理》所示，磁極同機座固定在一起構成定子，轉動軸鐵芯與線圈固定在一起構成轉子。當轉子以ω角速度轉動1周時，線圈的兩個邊各轉動經過一次N極和S極，並且因切割磁力線而產生感應電動勢，根據右手定則可知，線圈經過N極和S極時，感應電動勢的方向相反，且經過N極和S極時，線圈垂直切割磁力線，這時，感應電動勢最大，線圈經過中心位置時，不切割磁力線，不產生感應電動勢，所以轉子每轉1周，感應電動勢的方向和大小就變化1周，即感應電動勢作週期性變化。若線圈起始位置角度為φ（初相角），則線圈產生的電壓為：

^[2]  。

一台最簡單的發電機，它有一對磁極N、S，有一組N匝線圈，兩個滑環和兩個電刷，線圈兩端分別接到兩個滑環上，滑環固定在轉軸上與轉軸絕緣。每一個滑環放着一個靜止的電刷，利用滑環與電刷的滑動接觸，將線圈和負載連接。線圈固定、磁極旋轉的發電機，當原動機帶動磁極旋轉時，線圈不斷地切割磁力線產生感應電動勢，由於外接負載形成閉合迴路，就有電流流通。電流的大小和線圈在磁場中的位置有關，當線圈和磁極平行時，不切割磁力線，因此不產生電流。如果線圈與磁場垂直時，則線圈切割磁力線最多，電流就最大，再由最大到零。再旋轉則切割磁力線方向開始改變，電流方向也開始轉變。故此不斷地循環旋轉，就產生了大小和方向不斷變化的交流電。因為只有一組線圈，所以只產生一相交流電，故稱為單相交流電。

在交流電的瞬時值表達式中U_m、ω、φ能形象具體地描述交流電，同時也是交流電進行比較區分的依據，稱為交流電的三要素。

交流電交變一次所需要的時間稱為週期，用T表示，單位為秒（s）。交流電在1秒內變化的次數稱為頻率，用f表示，單位為（赫茲）Hz，常用單位有（千赫）kHz、（兆赫）MHz。

週期和頻率互為倒數關係，即，由於交流電一個週期經歷的電角度為360°即2π弧度，所以角頻率，角頻率的單位為弧度每秒（rad/s）。

在我國電力網供電系統中，交流電的標準頻率為50Hz，習慣上稱為工頻，週期為0.02秒。有的國家的電力網採用工頻為60Hz，如日本、美國等 ^[2]  。

交流電的大小隨線圈的轉動而變化，交流電在某一瞬時的值叫瞬時值，用小寫字母表示。把瞬時值中的最大的值叫做交流電的最大值，用帶下標m的大寫字母表示，如U_m、I_m等。為反映實際效果，工程上通常用有效值表示交流電的大小。有效值定義如下：分別把一個交流電流和一個直流電流通過相同的電阻R，若在相同的時間T內，電阻產生的熱量相等，則交流電流的有效值就和直流電流的大小相等，有效值也稱方均根值，用大寫字母表示。

根據定義，經計算得到交流電的最大值等於其有效值的

倍，即

，

，

。實際工程中所説的交流電壓、電流的大小，若無特殊説明，均指交流電的有效值。如交流電氣設備上所標的額定電壓和額定電流，電工儀表所指示或顯示的數值等都是有效值 ^[2]  。

線圈在磁場中轉過的角度反映了交流電變化的進程，確定了交流電每一瞬間的狀態，稱為相位角，簡稱相位。t=0時的相位角φ稱為初相角，簡稱初相。初相與計時起點有關，計時起點不同，初相角也不同，交流電的初始狀態也就不同。

兩個同頻率的交流電可以進行相位之間的比較，它們間的相位之差叫相位差，用字母表示。設兩個同頻率的交流電壓和交流電流分別為

，

，則相位差為

。

相位差表示了兩個交流電的變化進程的不同：1）若

，則稱電壓與電流同相。2）若

，則稱電壓超前電流，或電流滯後電壓。3）若

，則稱電壓與電流正交。4）若

，則稱電壓與電流反相 ^[2]  。