一文详解交流电与交流电路基本知识

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。