1.5 直流电与交流电

1.5.1 直流电

1.符号

直流电是指方向始终固定不变的电压或电流。能产生直流电的电源称为直流电源，常见的干电池、蓄电池和直流发电机等都是直流电源，直流电源常用图1-18a所示的图形符号表示。直流电的电流方向总是由电源正极流出，通过电路流到负极。在图1-18b所示的直流电路中，电流从直流电源正极流出，经电阻R和灯泡流到负极。

2.种类

直流电又分为稳定直流电和脉动直流电。

（1）稳定直流电

稳定直流电是指方向固定不变并且大小也不变的直流电。稳定直流电可用图1-19a所示波形表示，稳定直流电的电流I的大小始终保持恒定（始终为6mA），在图中用直线表示；直流电的电流方向保持不变，始终是从电源正极流向负极，图中的直线始终在t轴上方，表示电流的方向始终不变。

（2）脉动直流电

脉动直流电是指方向固定不变，但大小随时间变化的直流电。脉动直流电可用图1-19b所示的波形表示。从图中可以看出，脉动直流电的电流I的大小随时间做波动变化（如在t₁时刻电流为6mA，在t₂时刻电流变为4mA），电流大小波动变化在图中用曲线表示；脉动直流电的方向始终不变（电流始终从电源正极流向负极），图中的曲线始终在t轴上方，表示电流的方向始终不变。

1.5.2 单相交流电

交流电是指方向和大小都随时间做周期性变化的电压或电流。交流电类型很多，其中最常见的是正弦交流电，因此这里就以正弦交流电为例来介绍交流电。

1.正弦交流电

正弦交流电的符号、电路和波形如图1-20所示。

2.周期和频率

周期和频率是交流电最常用的两个概念，下面以图1-21所示的正弦交流电波形图来说明。

（1）周期

从图1-21可以看出，交流电变化过程是不断重复的，交流电重复变化一次所需的时间称为周期，用T表示，单位是秒（s）。图1-21所示交流电的周期为T=0.02s，说明该交流电每隔0.02s就会重复变化一次。

（2）频率

交流电在每秒钟内重复变化的次数称为频率，频率用f表示，它是周期的倒数，即

频率的单位是赫兹（Hz）。图1-21所示交流电的周期T=0.02s，那么它的频率f=1/T=1/0.02s=50Hz，该交流电的频率f=50Hz，说明在1s内交流电能重复0～t₄这个过程50次。交流电变化越快，变化一次所需要时间越短，周期就越短，频率就越高。

3.瞬时值和有效值

（1）瞬时值

交流电的大小和方向是不断变化的，交流电在某一时刻的值称为交流电在该时刻的瞬时值。以图1-21所示的交流电压为例，它在t₁时刻的瞬时值为（约为311V），该值为最大瞬时值，在t₂时刻的瞬时值为0V，该值为最小瞬时值。

（2）有效值

交流电的大小和方向是不断变化的，这给电路计算和测量带来不便，为此引入有效值的概念。下面以图1-22所示电路来说明有效值的含义。

图1-22所示两个电路中的电热丝完全一样，现分别给电热丝通交流电和直流电，如果两个电路通电时间相同，并且电热丝发出热量也相同。对电热丝来说，这里的交流电和直流电是等效的，那么就将图1-22b中直流电的电压值或电流值称为图1-22a中交流电的有效电压值或有效电流值。

交流市电电压为220V指的就是有效值，其含义是虽然交流电压时刻变化，但它的效果与220V直流电是一样的。没特别说明，交流电的大小通常是指有效值，测量仪表的测量值一般也是指有效值。正弦交流电的有效值与瞬时最大值的关系是

例如，交流市电的有效电压值为220V，它的最大瞬时电压值=≈311V。