难以理解交流电 (AC)

电器工程 电压 当前的 交流
2022-01-16 17:17:08

如果交流电在电线中“来回”传播,它如何到达任何地方?我知道直流电是电子通过电线的流动,但我一直对交流电的工作原理感到困惑。我希望我遗漏了一些简单的东西,但是谁能指出我可以很好地解释 AC 的资源,或者自己提供解释?谢谢!

4个回答

电流或任何其他能量携带不需要长期“到达任何地方”来输送能量。想想活塞在汽油发动机中是如何工作的。它们只会来回走动,不会“去任何地方”,但仍会向其他地方(曲轴)提供动力。

交流电有点像活塞。您仍然可以从中提取有用的工作。

另一种看待交流电的方法是瞬时直流电,它恰好随时间变化。假设电流遵循峰值幅度为 1.41 A 的正弦函数。在周期中的任何点都有一定量的瞬时电流流动,从 -1.41 A 到 +1.41 A。有时电流为 0 和你不能从中得到任何工作。其他时候它是非零的,你可以。如果您将循环分解为大量瞬时快照,您可以找到等效的平均稳态电流水平,您可以从中提取相同的工作。这就是 RMS(均方根)值,在这种情况下为 1 A。在任何时候,您可能会得到更多或更少,但在一个周期内平均该 AC 电流将相当于 1 A DC提取工作的目的。这种瞬时快照的平均实际上是积分。你可以自己写下来看看结果。请记住,电流可以做的功与电流的平方成正比,这就是为什么负部分不会抵消正部分的原因。

现在,你的禅宗时刻。

戴上禅帽

想想海滩上的海浪。他们进去,他们出来。他们进去,他们出来。现在,如果你是一个脚踩在沙子里的人,那么假装什么都没有移动是相对容易的。但是,如果您是寄居蟹或斑马贻贝...

现在,让我们花几秒钟检查一下波浪的运动。当他们达到运动的极端(即完全进入或完全退出)时,他们似乎完全静止不动嗯,有趣……

现在你可能会问自己,温和的、有节奏的、周期性的运动怎么能“做任何事”?好吧,想想那个海滩上的每一粒沙子曾经是一座山的一部分。

好吧,好吧,至少是一块巨石。

物理学——自公元前 650 年以来,让我们觉得自己微不足道。

去掉禅帽

为了更具体地回答您的问题,交流电包含一种进出速度比海滩上的波浪快得多的波浪- 通常至少快 60 倍。

与其认为电流从 A 点传播到 B 点,不如将其视为电子之间反应的结果。一个很好的视觉表示是牛顿的摇篮在此处输入图像描述

轴承的位置没有改变,但动量(能量)仍在转移。

我一直看到这个问题,并想提供这个意见。好像大家都懂直流,所以暂时让我们考虑一个正极和负极的电池电路。正极端子具有正电压,负极端子通常被认为是“地”,正极到负极的连接完成了电路。

正极的电压是多少?5VDC?9VDC?12VDC?它不必修复。正极端子上的“电压”可能是固定的,但也可能是可变的。

在交流电压源中,所有电压都以正弦波的形式出现在 HOT 线上。它从 0V 到 +Vpeak 变回 0V,然后从负变到 -Vpeak 然后回到 0V。完成电路所需的另一根线是中性线,其全部目的是提供返回路径。它不是“地”,交流电源中没有“地”。交流电源中的所有电压都来自 HOT 线,这就是它被称为 HOT 的原因。在交流电源中,HOT 线上的电压信号从 0V 到 +vPeak 交替返回到 0V,然后变为负值到 -vPeak,然后返回到 0V。

人们很难理解 HOT 可以变为负值,因为他们试图将其与使用返回(负端子)作为接地的直流电压原理进行比较。交流电源没有“接地”。HOT 线携带一个正弦波,从 0V 到 +vPeak 不断变回 0V,然后从负变到 -vPeak 然后回到 0V——在美国通常每秒交替大约 60 次,而不是 60hZ

您在交流插头中看到的第三根电线称为地线,与直流电路中的地线不同。在交流电路中,这个“地线”是一条额外的电线,通常在另一端内部连接到设备,并提供一条安全路径,以便在设备内部的东西接触时消费者不会触电用热线。与直流不同,在交流电路中,根本不需要接地线,与设备中交流电流的流动无关。

在交流电路中,中性线是从火线流出的交流电压的返回。如果我们在 HOT 和 NEUTRAL AC 线之间连接一个中心抽头变压器,那么中心抽头就变成一个“电压参考点”,它允许我们看到 HOT 侧进入变压器的正弦波的+电压,并且 -中性线进入变压器的正弦波电压。电压没有在 NEUTRAL 和 HOT 之间来回切换,HOT 线携带正弦波从 0V 到 +vPeak 然后回到 0 到 -vPeak 然后回到 0。再一次,NEUTRAL 线在那里完成电路 - 它没有源电压。交流电路中的所有电压都来自热线。

这就是为什么在交流电路中,电线被标记为 HOT 和 NEUTRAL 并且是完成电路所必需的。第三根线 GROUND 仅用于安全目的。HOT 是正弦波,NEUTRAL 是返回,GROUND 是为了安全起见。