交流電是指電流方向隨時(shí)間作周期性變化的電流，在一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為零。不同于直流電，它的方向是會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變的，而直流電沒有周期性變化。

通常交流電（簡(jiǎn)稱AC）波形為正弦曲線。交流電可以有效傳輸電力。但實(shí)際上還有應(yīng)用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。

發(fā)展歷史

當(dāng)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)后，產(chǎn)生交流電流的方法就被知曉。早期的發(fā)電機(jī)由英國(guó)人麥可·法拉第（Michael Faraday）與法國(guó)人波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）等人發(fā)明出來。

1882年，英國(guó)電工詹姆斯·戈登建造了大型雙相交流發(fā)電機(jī)。開爾文勛爵與塞巴斯蒂安·費(fèi)蘭蒂（Sebastian Ziani de Ferranti）開發(fā)早期交流發(fā)電機(jī)，頻率介于100赫茲至300赫茲之間。

1891年，尼古拉·特斯拉取得了高頻交流發(fā)電機(jī)（15000Hz）的專利。

1891年后，多相交流發(fā)電機(jī)被用來供應(yīng)電流，此后的交流發(fā)電機(jī)的交流電流頻率通常設(shè)計(jì)在16赫茲至100赫茲間，搭配弧光燈、白熾燈或電動(dòng)機(jī)使用。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化，感應(yīng)電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生。通常情況下，旋轉(zhuǎn)磁體稱為轉(zhuǎn)子，導(dǎo)體繞在鐵芯上的線圈內(nèi)的固定組，稱為定子，當(dāng)其跨越磁場(chǎng)時(shí)，便產(chǎn)生電流。產(chǎn)生交流電的基本機(jī)械稱為交流發(fā)電機(jī)。

數(shù)值

交流電在某一個(gè)瞬間的數(shù)值稱為瞬時(shí)值，瞬時(shí)值最大的時(shí)候叫做最大值。其平均值可以用交流電的半個(gè)周期來計(jì)算。

●瞬時(shí)值和最大值

右圖上的圓圈表示線圈的旋轉(zhuǎn)角度（角頻率），波浪則是正弦交流電，表示線圈旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。正弦波交流電，記錄了因線圈旋轉(zhuǎn)而改變角頻率時(shí)的瞬時(shí)數(shù)值。這個(gè)數(shù)值叫做“瞬時(shí)值”。當(dāng)瞬時(shí)值最大的時(shí)候，剛好處于正向的波形小山和負(fù)向的波形小山的頂點(diǎn)，所以這個(gè)值叫做“最大值”。

瞬時(shí)值f可以用e=Vm*sinwt來求得。Vm是由線圈的形狀或磁鐵的強(qiáng)弱來決定的。

交流電的電動(dòng)勢(shì)的電壓是正弦波，電流表現(xiàn)出來的也是同樣的正弦波。

平均值

由于正弦交流電的波形圖是在正向波形小山和負(fù)向波形小山之間反復(fù)變化的，所以可以求出其平均值。在正弦交流電的1個(gè)周期內(nèi)，正向波形小山的面積與負(fù)向波形小山的面積相等，所以取其平均的結(jié)果是0。因此，如果要求正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)或電流的平均值的時(shí)候，可以用半個(gè)周期來計(jì)算。平均值Vav可以用Vav=2Vm/π來求得。

性質(zhì)

根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開為以正弦函數(shù)、余弦函數(shù)組成的無窮級(jí)數(shù)，任何非簡(jiǎn)諧的交流電也可以分解為一系列簡(jiǎn)諧正余弦交流電的合成。

頻率

交流電的頻率是指它單位時(shí)間內(nèi)周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，與周期成倒數(shù)關(guān)系。日常生活中的交流電的頻率一般為50赫茲或60赫茲，而無線電技術(shù)中涉及的交流電頻率一般較大，達(dá)到千赫茲（KHz）甚至百萬(wàn)赫茲（MHz）的度量。不同國(guó)家的電力系統(tǒng)的交流電頻率不同，通常為50赫茲或者60赫茲。在亞洲使用50赫茲的國(guó)家與地區(qū)主要有中國(guó)、日本、泰國(guó)、印度和新加坡，而韓國(guó)、菲律賓和中國(guó)臺(tái)灣使用60赫茲，歐洲大部分國(guó)家使用50赫茲，美洲使用60赫茲的國(guó)家主要是墨西哥、美國(guó)、加拿大。

峰值和有效值

正余弦交流電的峰值與振幅相對(duì)應(yīng)，而有效值大小則由相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生相當(dāng)焦耳熱的直流電的大小來等效。

使用50Hz或60Hz單相電時(shí)，電器的輸出功率會(huì)以100Hz或120Hz振蕩。這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)高于肉眼可分辨的24Hz，所以我們無法觀察電燈在閃爍。

使用三相電時(shí)，三個(gè)功率相加是穩(wěn)定的，這是發(fā)電廠使用三相發(fā)電機(jī)的主要原因之一。

應(yīng)用

發(fā)電機(jī)

交流發(fā)電機(jī)通常采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，電樞靜止，這樣便不需要使用電刷和滑環(huán)取電。

同步發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)來自永久磁鐵或電磁鐵。發(fā)電廠使用的大型同步發(fā)電機(jī)可透過控制勵(lì)磁系統(tǒng)（電磁鐵）來改變輸出電壓及無功功率。

異步發(fā)電機(jī)靜止時(shí)不會(huì)自行產(chǎn)生磁場(chǎng)，利用定子與轉(zhuǎn)子間氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用來發(fā)電。異步發(fā)電機(jī)需要電容或同步發(fā)電機(jī)提供無功功率才可以運(yùn)作，因此通常不能自啟動(dòng)，即是不借助外部電力來啟動(dòng)。

電力傳輸

交流電被廣泛運(yùn)用于電力的傳輸，因?yàn)樵谝酝募夹g(shù)條件下交流輸電比直流輸電更有效率。傳輸?shù)碾娏髟趯?dǎo)線上的耗散功率可用焦耳定律（P=I2R）求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸?shù)碾娏骰螂娋€的電阻。由于成本和技術(shù)所限，很難降低使用的輸電線路（如銅線）的電阻，所以降低傳輸?shù)碾娏魇俏ㄒ欢矣行У姆椒ā８鶕?jù)P=IU（實(shí)際上有功功率），提高電網(wǎng)的電壓即可降低導(dǎo)線中的電流，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。

而交流電升降壓容易的特點(diǎn)正好適合實(shí)現(xiàn)高壓輸電。使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的升壓變壓器即可將交流電升至幾千至幾十萬(wàn)伏特，從而使電線上的電力損失極少。在城市內(nèi)一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬(wàn)至幾千伏以保證安全，在進(jìn)戶之前再次降低至市電電壓或者適用的電壓供用電器使用。

變壓器

變壓器的構(gòu)造

變壓器是一種用來改變交流電電壓的電氣設(shè)備，它是由一個(gè)閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。一個(gè)線圈和電源連接，叫原線圈(也叫初級(jí)線圈)；另一個(gè)和負(fù)載連接，叫副線圈(也叫次級(jí)線圈)。兩個(gè)線圈都是用絕緣導(dǎo)線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成。

變壓器的變壓原理

在原線圈上加交變電壓U1，原線圈中就有交流電通過，在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量。這個(gè)交變的磁通量也穿過副線圈，在副線圈中引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以，這時(shí)的副線圈可以作為電源使用。當(dāng)把用電器連接在副線圈的兩端時(shí)，副線圈電路中就產(chǎn)生交流電，這時(shí)加在用電器上的電壓就是副線圈的端電壓U2。

由實(shí)驗(yàn)知道，變壓器原線圈兩端的電壓U1和副線圈兩端的電壓U2之比，等于原線圈、副線圈的匝數(shù)n1、n2之比。如果n2大于n1，U2就大于U1，變壓器就使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器。如果n2小于n1，U2就小于U1，變壓器就使電壓降低，這種變壓器叫做降壓變壓器。

交流電相位分類

各國(guó)使用的交流電相位主要為單相及三相。

三相電

主條目：三相交流電

三相交流電，輸電時(shí)只有三條火線，供電給客戶時(shí)有三條火線和中線。只使用其中一條相線及中線，便是單相電。

三條火線上的正弦波各有120°相位差，主要為工業(yè)用。

三相電一般為三相四線。三個(gè)相線的符號(hào)為L(zhǎng)1，L2，L3，也可以分別表示為A，B，C，分別代表相線1，相線2，相線3，L為L(zhǎng)ive Wire的縮寫，零線的符號(hào)為N，為Neutral Wire的縮寫。地線為E，為Earth的縮寫。

單相電

主條目：?jiǎn)蜗嘟涣麟?/p>

單相交流電，其電纜有一條火線和一條中線，用于一般住宅及商業(yè)樓宇。

單相電有火線和零線兩條線，火線為L(zhǎng)，為L(zhǎng)ive Wire的縮寫，零線為N，為Neutral Wire的縮寫。地線為E，為Earth的縮寫，也可以寫作PE，為Protecting Earth的縮寫。

直流電

“直流電”（Direct Current，簡(jiǎn)稱DC），又稱“恒流電”，恒定電流是直流電的一種，是大小和方向都不變的直流電，它是由愛迪生發(fā)現(xiàn)的。1747年，美國(guó)的富蘭克林根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出電荷守恒定律，并且定義了正電和負(fù)電的術(shù)語(yǔ)。

恒定電流是指大小（電流大?。┖头较颍ㄕ?fù)極）都不隨時(shí)間（相對(duì)范圍內(nèi)）而變化，比如干電池。脈動(dòng)直流電是指方向（正負(fù)極）不變，但大小隨時(shí)間變化，比如：我們把50Hz的交流電經(jīng)過二極管整流后得到的就是典型脈動(dòng)直流電，半波整流得到的是50Hz的脈動(dòng)直流電，如果是全波或橋式整流得到的就是100Hz的脈動(dòng)直流電，它們只有經(jīng)過濾波（用電感或電容）以后才變成平滑直流電，當(dāng)然其中仍存在脈動(dòng)成分（稱紋波系數(shù)），大小視濾波電路的濾波效果。