1.5 直流电与交流电

1.5.1 直流电与直流电路

1 直流电

直流电（Direct Current，DC）是指电流方向不随时间作周期性变化，由正极流向负极，但电流的大小可能会变化。

直流电可以分为脉动直流和恒定直流两种，如图1-16所示，脉动直流中电流大小不稳定；而恒定直流中的电流大小是恒定不变的。

一般将可提供直流电的装置称为直流电源，例如干电池、蓄电池、直流发电机等。直流电源有正、负两极。当直流电源为电路供电时，直流电源能够使电路两端之间保持恒定的电位差，从而在外电路中形成由电源正极到负极的电流，如图1-17所示。

2 直流电路

由直流电源作用的电路称为直流电路，它主要是由直流电源和负载构成的闭合电路。

在生活和生产中电池供电的电器都属于直流供电方式，如低压小功率照明灯、直流电动机等。还有许多电器是利用交流-直流变换器，将交流变成直流再为电器供电。图1-18为直流电动机驱动电路，它采用直流电源供电，这是一个典型的直流电路。

家庭或企事业单位的供电都是采用交流220V、50Hz的电源，而电子产品内部各电路单元及其元器件则往往需要多种直流电压，因而需要一些电路将交流220V电压变为直流电压，供电路各部分使用。

如图1-19所示，交流220V电压经变压器T，先变成交流低压（12V）。再经整流二极管VD整流后变成脉动直流，脉动直流经LC滤波后变成稳定的直流电压。

1.5.2 交流电与交流电路

1 交流电

交流电（Alternating Current，AC）是指大小和方向会随时间周期性变化的电压或电流。在日常生活中所有的电器产品都需要有供电电源才能正常工作，大多数的电器设备都是由市电交流220V、50Hz作为供电电源，这是我国公共用电的统一标准，交流220V电压是指相线（即火线）对零线的电压。

如图1-21所示，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。

（1）单相交流电

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，如图1-23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，如图1-24所示。转子旋转时两组定子线圈产生两组感应电动势，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。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，如图1-25所示。

2 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单相交流电路和三相交流电路。

（1）单相交流电电路

单相交流电路的供电方式主要有单相两线制、单相三线制，一般的家庭用电都是单相交流电路。

◇单相两线制。单相两线制是指供配电线路仅由一根相线（L）和一根零线（N）构成，通过这两根线获取220V单相电压，分配给各用电设备。图1-27为单相两线制交流电路在家庭照明中的应用。

◇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地线，即由一根相线、零线和地线构成。其中，地线与相线之间的电压为220V，零线（中性线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。图1-28为单相三线制交流电路在家庭照明中的应用。

（2）三相交流电电路

三相交流电路的供电方式主要三相三线制、三相四线制和三相五线制三种供电方法，一般的工厂中的电器设备常采用三相交流电路。

◇三相三线制。三相三线制是指供电线路由三根相线构成的，每根相线之间的电压为380V，额定电压为380V的电气设备可直接连接在相线上，如图1-29所示。这种供电方式多用在电能传输系统中。

◇三相四线制。三相四线制交流电路是指由变压器引出四根线的供电方式。其中，三根为相线，另一根中性线为零线。这种供电方式常用于380/220V低压动力与照明混合配电，如图1-30所示。

◇三相五线制。图1-31为典型三相五线供电方式的示意图。在前面所述的三相四线制交流电路中，把零线的两个作用分开，即一根线作为工作零线（N），另一根线作为保护零线（PN），这样的供电接线方式称为三相五线制的交流电路。