1.3 直流電與交流電

1.3.1 直流電與直流電路

1 直流電

直流電（Direct Current，DC）是指電流流向單一，其方向和時間不作周期性變化，即電流的大小、方向固定不變，是由正極流向負極，但電流的大小可能不固定。

直流電可以分為脈動直流和恒定直流兩種，如圖1-21所示。脈動直流中直流電流大小不穩定；而恒定電流中的直流電流大小能夠一直保持恒定不變。

一般將可提供直流電的裝置稱為直流電源，它是一種形成并保持電路中恒定直流的供電裝置，例如干電池、蓄電池、直流發電機等直流電源，直流電源有正、負兩極、當直流電源為電路供電時，直流電源能夠使電路兩端之間保持恒定的電位差，從而在外電路中形成由電源正極到負極的電流，如圖1-22所示。

2 直流電路

由直流電通過的電路稱為直流電路，該電路是指電流流向單一的電路，即電流方向與大小不隨時間產生變化。它是最基本也是最簡單的電路。

在生活和生產中電池供電的電器，都采用直流供電方式，如低壓小功率照明燈、直流電動機等。還有許多電器是利用交流-直流變換器，將交流電變成直流電再為電器產品供電。

如圖1-23所示，交流220V電壓經變壓器T，先變成交流電低壓（12V），再經整流二極管VD整流后變成脈動直流，脈動直流經LC濾波后變成穩定的直流電壓。

1.3.2 交流電與交流電路

1 交流電

交流電（Alternating Current，AC）一般是指電流的大小和方向會隨時間作周期性變化。

我們在日常生活中所有的電氣產品都需要有供電電源才能正常工作，大多數的電器設備都是以市電交流220V、50Hz作為供電電源，這是我國公共用電的統一標準，交流220V電壓是指相線（即火線）對中性線（即零線）的電壓。

交流電是由交流發電機產生的，交流發電機可以產生單相和多相交流電壓，如圖1-24所示。

（1）單相交流電

單相交流電是以一個交變電動勢作為電源的電力系統。在單相交流電路中，只具有單一的交流電壓，其電流和電壓都是按一定的頻率隨時間變化。

圖1-25為單相交流電的產生。在單相交流發電機中，只有一個線圈繞制在鐵心上構成定子，轉子是永磁體，當其內部的定子和線圈為一組時，它所產生的感應電動勢（電壓）也為一組，由兩條線進行傳輸，這種電源就是單相電源，這種配電方式稱為單相二線制。

（2）多相交流電

多相交流電根據相線的不同，還可以分為二相交流電和三相交流電。

① 兩相交流電。在發電機內設有兩組定子線圈互相垂直的分布在轉子外圍。如圖1-26所示。轉子旋轉時兩組定子線圈產生兩組感應電動勢，這兩組電動勢之間有90°的相位差。這種電源為兩相電源。這種方式多在自動化設備中使用。

② 三相交流電。通常，把三相電源線路中的電壓和電流統稱三相交流電，這種電源由三條線來傳輸，三線之間的電壓大小相等（380V）、頻率相同（50Hz），相位差為120°，如圖1-27所示。

三相交流電是由三相交流發電機產生的。在定子槽內放置著三個結構相同的定子繞組A、B、C，這些繞組在空間互隔120°。轉子旋轉時，其磁場在空間按正弦規律變化，當轉子由水輪機或汽輪機帶動以角速度ω勻速地順時針方向旋轉時，在三個定子繞組中，就產生頻率相同、幅值相等、相位上互差120°的三個正弦電動勢，這樣就形成了對稱三相電動勢。

2 交流電路

我們將交流電通過的電路稱為交流電路。交流電路普遍用于人們的日常生活和生產中，下面就分別介紹一下單相交流電路和三相交流電路。

（1）單相交流電路

單相交流電路的供電方式主要有單相兩線式、單相三線式供電方式，一般的家庭用電都是單相交流電路。

① 單相兩線式。圖1-30為單相兩線式交流電路，單相兩線式交流電路是由一根相線和一根零線組成的交流電路，取三相三線式高壓線中的兩線作為柱上變壓器的輸入端，經變壓處理后，由二次側輸出220V交流電壓。

② 單相三線式。圖1-31為單相三線式交流電路。單相三線式交流電路是由一根相線、一根零線和一根地線組成的交流電路。家庭中的相線和零線來自柱上變壓器，地線是住宅的接地線。由于不同的接地點存在一定的電位差，因此零線與地線之間可能有一定的電壓。

（2）三相交流電路

三相交流電路的供電方式主要三相三線式、三相四線式和三相五線式三種供電方法，一般的工廠中的電器設備常采用三相交流電路。

① 三相三線式。圖1-32為典型三相三線式交流電動機供電配電線路圖。高壓（6600V或10000V）經柱上變壓器變壓后，由變壓器引出三根相線，送入工廠中，為工廠中的電氣設備供電，每根相線之間的電壓為380V，因此工廠中額定電壓為380V的電氣設備可直接接在相線上。

② 三相四線式。圖1-33為典型三相四線供電方式的交流電路示意圖。三相四線式供電方式由柱上變壓器引出四根線。其中，三根為相線，一根為零線。零線接電動機三相繞組的中點，工作時，電流經過電動機做功，沒有做功的電流經零線回到電廠，對電動機起保護作用。

③ 三相五線式。圖1-34為典型三相五線供電方式的示意圖。三相五線式供電方式是在三相四線式供電方式的基礎上增加一根地線（PE），與大地相連，起保護作用，即為車間內的保護地線。