AC实际上是什么?

电器工程 电路分析 术语
2022-01-25 13:58:12

什么是交流电(AC)?直流电(DC)?我一直在阅读几本关于基本电路分析的书,它们是相互矛盾的。

  1. 有些书说交流电与正弦稳态相同。也就是说,一个正弦或余弦函数(实际上,它们是相同的,只是水平移动)。例如,\$v(t) = A \sin(\omega t + \phi)\$。根据这些书籍,DC 是完全静止的(静态的),即电压和电流不是时间相关的(\$v(t) = k\$,其中 \$k = \mathrm{const.}\$ )。在每种情况下,电流都具有与电压相同的形式。
  2. 根据其他书籍,AC 是随时间变化(即交替)其符号的任何电流(\$t\$)。使用数学符号:对于某些 \$t_1\$ 和 \$t_2\$,\$i(t_1) < 0\$ 和 \$i(t_2) > 0\$ 其中 \$t_1 \neq t_2\$。它可以有任何形状,只要它交替着他的符号。

我倾向于认为在实践中赢得了第一个选项,但也许第二个选项的词源更好。

其他一些提示与此有关:

  1. AC是正弦稳态和恒定电压之和的电压吗?例如,\$v(t) = A \sin(\omega t + \phi) + k\$。
  2. 交流电是锯齿波吗?
4个回答

AC 没有精确的含义,它的含义可能取决于上下文。识别各种波形并询问它们是否可以称为AC可能会更好。

具有零平均值的正弦波形肯定会算作 AC。

平均为零的正方形、三角形或任何其他波形也算作 AC。

如果这些波形中的任何一个具有小的非零平均值,则它们可以被描述为具有小 DC 分量的 AC。

通常对于交流电,描述的“交替”部分表明(但它仅与暗示的一样弱)波形不时反转极性。如果上述波形之一具有较大的 DC 平均值,因此它没有反转,那么它可以被描述为波动的 DC,或带有纹波的 DC(正如 Michael K 指出的那样),或者可以称为 DC 之上的 AC ,或具有大直流分量的交流电。一切都是正确的,或者至少没有一个是错误的。

在所有情况下,如果波形真的很重要,那么将波形电压描述为时间的函数,不要纠结于不同的人如何尝试命名它。如果是在考试或课堂作业中,请记住您的导师希望看到的内容(将在他们的笔记中),然后将其复制为分数。

这实际上是一个比你想象的更复杂的问题。

从表面上看,我们认为从墙上输出的正弦电压为交流电,从电池输出的电压为直流电,但实际上这只是两个几乎纯粹的常用示例。

正如@ThePhoton 所提到的,实际上所有电压都可以表示为具有两个分量。一个直流部分和一些交流时间功能。时间函数可以是任何东西。一个简单的正弦波、三角波、脉冲波,任何你喜欢的平均幅度为零的东西。

显然,壁式插座具有或应该具有零直流部分,电池应具有零交流功能。然而,在现实中,大多数信号在某种程度上都有这两种情况。

在实践中,我们将信号称为 AC 还是 DC 在很大程度上取决于信号携带的信息以及我们打算如何使用它。

示例 1:考虑桥式整流器的输出。

在此处输入图像描述

明明这里的输入是交流电,但是我们叫什么输出呢。

如果我们要将它用于生成直流电源的常规功能,我们称它为直流,尽管它实际上是带有直流分量的交流功能。

但是,如果我们打算将完整的整流波作为信号馈入放大器,我们将其称为 AC 信号。

示例 2:考虑一个简单的直流偏置放大器

在此处输入图像描述

同样,输入显然是经典的交流电,但为了正常工作,添加了直流电压分量,输出最终以 Q 的直流分量结束。然而,尽管存在偏差,我们仍将输出称为交流信号。

事实上,即使输入信号被移除,这仍然适用。在示波器上,输出可能看起来像直流电压,但我们将其称为零幅度(偏置)交流信号。

示例 3:是交流电还是直流电?

在此处输入图像描述

您可以将此波形称为具有纹波的直流电压,也可以将其称为具有较大直流偏移的交流电压。

任何一个都可能是正确的。哪个更正确完全取决于信号的使用方式。在某些应用程序中,两者甚至都可能是真的。

综上所述:

除了最简单的线路和电池电压示例之外,术语 AC 和 DC 是相对的和特定于应用的。您使用或听到的哪个术语应该引起某种更高的功利主义含义。

AC和DC有两种不同的定义,它们并不完全一致。

  1. 如果信号始终具有相同的符号(始终为正或始终为负),则该信号为 DC。如果信号有时为负有时为正,则该信号为交流电。

  2. 如果信号不随时间变化,则为 DC,如果信号随时间变化且平均值为 0,则为 AC。(注:这意味着并非每个信号都可以归类为纯 AC 或纯 DC,正如我们将见下文)

我不知道第一个定义来自哪里,也不知道它更喜欢哪个子领域,但我在 Stackexchange 和其他在线网站上看到过几次使用和大力辩护。

根据我的经验,第二个定义是电路理论和 EE 中大多数学术工作中使用的定义。该定义的价值在于,任何信号都可以分解为交流和直流分量,例如

$$ v(t) = v_{dc}(t) + v_{ac}(t),$$

其中直流部分实际上是常数(\$v_{dc}(t) = {\rm 常数}\$),交流部分的平均值为 0。

通过这些定义,我们可以在许多电路中通过分别分析信号的直流和交流分量的影响来找到理解电路行为的方法。例如,如果交流分量的幅度很小,即使电路是非线性的,也可以在电路的线性化模型中分析其行为。

正如您所注意到的,“AC”是一个具有多种定义的术语。

  • AC是交流电的意思!时期!不要听别人的!!!

:)

  • AC 仅表示正弦波:交流电压和交流电流。(嗯,余弦也是可以接受的。)

  • AC的意思是“动态的”或“变化的”。如果它没有改变,那么它是静态的和直流的。

在这种情况下,窄电压尖峰不是交流电,因为它不是电流,但它也是纯交流电,因为它变化很快。但实际上它不是交流电,因为它只有一个极性;它不会过零或来回变化。但它也不是交流电,因为它不是正弦曲线!!!

避免愚蠢的争论,时刻谨防追逐词语的“单一真义”。这就是所谓的“Swiftian Battle”。

这在《格列佛游记》中得到了很好的模仿,其中立普特人在大端和小端之间发生了战争。看起来乔纳森斯威夫特可以看到未来和互联网的到来。所涉及的愚蠢的利立普特战争:庞大而大量的囤积……小人物……互相扼杀……为破解鸡蛋的唯一正确方法而争吵。