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交流電的產生_相位的原理分析，在電路中有什么作用

作者：佚名文章來源：本站原創點擊數：更新時間：2018-12-09

相位的意義是什么?在電路中有什么作用。相位的原理分析：
先講一下交流電的產生機理：如下圖所示交流發電機模型，轉子繞組在磁場中以角頻率ω做逆時針勻速轉動時，根據右手定則判斷，轉子繞組的有效邊（（ab、cd）切割磁力線，在其中就產生感生電動勢和感應電流，由于有效邊是在做圓周運動，因此電動勢和感應電流是按正弦規律在周期性的變化，也就是其大小、方向做不斷的變化，用公式表示u=Umsinωt。這是一個正弦波的交流電。兩個要素在周期性的變化：大小、方向。

圖一正弦交流發電機模型
若對于單一的一個正弦交流電，我們只知道它的大小就足夠了，比如我們使用的市電220v，這就夠了，你不需要探究它的其它參數。但不同的交流電就不行了，為什么呢？舉個例子，如下圖所示，A、B是兩個乒乓球以相同的速度v、周期t在地面垂直上下彈跳，我們會發現，若A向上運動，B的運動有多種情況：1.B和A一樣以相同的方向、幅度彈跳，也就是同時到達最高點，同時到達最低點，兩個球在做同步運動。2.和A正好相反，A最高點時，B最低點，一上一下；3.B的彈跳和A差了某個時間，也就是介于前面兩種情況之間，運動情況就多了。這就是相位問題。相位的意思：相就是狀態，位就是位置，就是反映兩個變量之間的關系。

圖二乒乓球彈跳情況
通過對兩個乒乓球的彈跳分析，我們接著研究正弦交流電的變化規律。如圖一，我們假定發電機的啟動位置正好在a，也就是指中性面的位置，此時其啟動電壓為零（瞬時值）。如果其啟動位置在是在b,那么發電機的起始電壓為最大值Em。若在d位置，則啟動電壓為-Em；以上說的是發電機的有效邊正好在特殊位置的情況，在其它位置的情況就更多了；這就是交流電的相位問題，由于其有效邊的初始位置不同，導致其變化規律不同。如果兩個不同的交流電相加或相減，由于其相位不同，則結果也不同，這正是交流電不同于直流電的重要地方之一。

圖三交流發電機模型
通過上面的分析我們明白了不同的交流電發電機若起始位置不同，則其變化規律也不同，單純的u=Umsinωt已經無法完整表達交流電的特征，于是引入初相位φ,如下圖四所示，也就是有效邊與中性面的夾角。其值在-π-π之間。這樣交流電完整的表達式u=Umsin（ωt+φ）以上分析我們是用交流發電機的原理來進行的，任何交流電都是這種情況。

圖四交流電的初相位
由于不同的交流電的初相位、幅值不同，u1=U1msin（ωt+φ1），u,2=U2msin（ωt+φ2），φ1與φ2之差就是相位差，它反映了兩個交流電的相位關系，也即啟動時的位置不同。如三相正弦交流電三組電壓的波形圖。瞬時值ua=Umsinωt，ub=Umsin（ωt-120°），uc=Umsin（ωt+120°），三相交流電初相位分別為0°、-120°、120°。相位差互為120°。矢量圖如下圖。

圖五三相交流電波形圖與相量圖
兩個交流電a、b的相位差等于β度（大于零），稱為a交流電超前于b交流電β度，或b交流電滯后于a交流電β度；若a、b的相位差等于零，稱為a、b同相；若a、b的相位差等于180度，稱為a、b反相；若a、b的相位差等于90度，則稱為a、b交流電正交。

圖六同相、反相、正交關系圖
常見的特殊的相位差：同相0度；30度（三相交流電線電壓與相電壓）、90度（純電感、純電容上的電壓與電流之間）、120度（三相交流電三相電源之間）、180度（反相）
相位關系在電子電路中的應用。振蕩電路的兩個要素：相位平衡、振幅平衡，相位平衡就是反饋信號必須和輸入信號同相（相位差0度），如下圖所示變壓器反饋式振蕩電路。只有這種接法，反饋信號與輸入電壓才能同相，電路才具備振蕩條件。LC諧振電路，就是在合適的元件參數下，其電壓和電流處于同相。

圖七相位在振蕩電路中的應用
相位在強電電路中的應用，下圖是單相異步電動機電路圖，在啟動繞組中串聯電容后，兩組繞組的電流相位差90度，這樣就能產生旋轉磁場。

圖八單相異步電動機電路原理圖
綜上所述，交流電的相位是其重要特征，在表示、計算上與直流電有較大差別，掌握其機理，對于我們研究電路學意義重大。

Tags：交流電,相位,發電機

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