什么是交流电什么是直流电以及交流电怎么转换成直流电

什么是交流电什么是直流电以及交流电怎么转换成直流电 吴定鸿 交流电alternating current ，简称为AC。发明者是尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla，1856—1943)。交流电也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的频率为50赫兹，日本等国家为60赫兹。交流电随时间变化可以以多种多样的形式现出来。不同表现形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。 交流电以正弦交流电应用最为广泛，且其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后，化成为正弦交流电的迭加。正弦电流(又称简谐电流)，是时间的简谐函数。 当线圈在磁场中匀速转动时，线圈里就产生大小和方向作周期性改变的交流电。 现在使用的交流电，一般是方向和强度每秒改变50次。 我们常见的电灯、电动机等用的电都是交流电。在实用中，交流电用符号"~"表示。 电流i随时间的变化规律，由此看出:正弦交流电需用频率、峰值和位相三个物理量来描述。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率(或能量)的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点，因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻，而且有电容元件和电感元件，使用的元件多了，现象和规律就复杂了。 交流电，是指大小和方向随时间作周期性变化的一种电流。 交流电是用交流发电机发出的,在发电过程中,多对磁极是按一定的角度均匀分布在一个圆周上,使得发电过程中,各个线圈就切割磁力线,由于具有多对磁极，每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按弦规律变化的，,所以能够不断的产生稳定的电流。交流电的频率一般 .当然也有其它频率.如电子线路中有方波的、三角形的等，但这些是50赫兹,即每秒变化50次 波形的交流电不是导体切割磁力线产生的，而是电容充放电、开关晶体管工作时产生的。 直流电的方向则不随时间而变化。通常又分为脉动直流电和稳恒电流。脉动直流电中有交流成分，如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。稳恒电流则是比较理想的，大小和方向都有不变。 直流电(Direct Current，简称DC)，是指方向和时间不作周期性变化的电流，但电流大小可能不固定，而产生波形。又称恒定电流。所通过的电路称直流电路，是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。 在该直流电路中，形成恒定的电场。在电源外，正电荷经电阻从高电势处流向低电势处，在电源内，靠电源的非静电力的作用，克服静电力，再从低电势处到达高电势处，如此循环，构成闭合的电流线。所以，在直流电路中，电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势，为在电阻上消耗的焦耳热补充能量。 在比较简单的直流电路中，电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出。复杂的直流网络可根据G.R.基尔霍夫方程组求解。它包括节点电流方程和回路电压方程两部分，前者指出，对于任一节点(3个或3个以上支路的交点)，流入和流出节点的各电流的代数和为零，这是恒定条件的，后者指出，对于任一闭合回路(网格)，各部分电压降的代数和为零，这是静电场环路定理的结果，两者构成了完备的方程组。 测量直流电路中电流、电压、电阻、电源电动势等物理量的仪表称为直流仪表。常用的有灵敏电流表(G表)，电流表，伏特计，电桥，电势差计等。 直流电源有化学电池，燃料电池，温差电池，太阳能电池，直流发电机等。直流电主要应用于各种电子仪器，电解，电镀，直流电力拖动等方面。利用直流电,还可以进行水的电解实验。将负极插入水中，可以使水电解为氢气，正极则使水电解为氧气。 在电力传输上，19世纪80年代以后，由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输，直流输电曾让位于交流输电。20世纪60年代以来，由于采用高电压、大功率变流器将直流电变为交流电，直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展。 直流电的方向则不随时间而变化。通常又分为脉动直流电和稳恒电流。脉动直流电中有交流成分，如彩电中的电源电路中大约300伏左右的电压就是脉动直流电成分可通过电容去除。稳恒电流则是比较理想的，大小和方向都有不变。 将交流电转换成直流电，就要利用“整流电路”来完成。常用的整流电路就是利用二极管的单向导电性将交流电变成直流电。其中整流电路由交流电源，整流变压器，整流二极管和负载组成。 工作原理简单介绍如下:电源变压器===》二极管整流(将交流电转换成直流)===》滤波(将电压中的交流成分去掉)===》稳压电路(稳定整流输出电压)===》负载。 方法很多,可以把单相或三相的交流电转成直流电: 一:直流电压不需调节(不能变化) 1:单相交流电用单个二极管转成直流电 2:单相交流电用二极管整流桥(4个二极管)转成直流电 3:三相交流电用二极管整流桥(6个二极管)转成直流电 二:直流电压可调节 可用的整流元件很多而且元件的种类、性能一直在发展中，最常见的是可控硅，下面以可控硅为例说明: 1:单相交流电用单个可控硅转成直流电 2:单相交流电用可控硅整流桥(4个可控硅)转成直流电 3:三相交流电用可控硅整流桥(6个可控硅)转成直流电 整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向脉动性直流电压。 1、电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种，倍压整流电路用于其它交流信号的整流，例如用于发光二极管电平指示器电路中，对音频信号进行整流。 2、前三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然是50Hz的，因为输入交流市电的频率是50Hz，半波整流电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率;全波和桥式整流电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大在倍为100Hz，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的频率比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。 3、在电源电路的三种整流电路中，只有全波整流电路要求电源变压器的次级线圈设有中心抽头，其他两种电路对电源变压器没有抽头要求。另外，半波整流电路中只用一只二极管，全波整流电路中要用两只二极管，而桥式整流电路中则要用四只二极管。根据上述两个特点，可以方便地分辨出三种整流电路的类型，但要注意以电源变压器有无抽头来分辨三种整流电路比较准确。 4、在半波整流电路中，当整流二极管截止时，交流电压峰值全部加到二极管两端。对于全波整流电路而言也是这样，当一只二极管导通时，另一只二极管截止，承受全部交流峰值电压。所以对这两种整流电路，要求电路的整流二极管其承受反向峰值电压的能力较高;对于桥式整流电路而言，两只二极管导通，另两只二极管截止，它们串联起来承受反向峰值电压，在每只二极管两端只有反向峰值电压的一半，所以对这一电路中整流二极管承受反向峰值电压的能力要求较低。 整流电路 5、在要求直流电压相同的情况下，对全波整流电路而言，电源变压器次级线圈抽头到上、下端交流电压相等，且等于桥式整流电路中电源变压器次级线圈的输出电压，这样在全波整流电路中的电源变压器相当于绕了两组次级线圈。 6、在全波和桥式整流电路中，都将输入交流电压的负半周转到正半周或将正半周转到负半周，这一点与半波整流电路不同，在半波整流电路中，将输入交流电压一个半周切除。 7、在整流电路中，输入交流电压的幅值远大于二极管导通的管压降，所以可将整流二极管的管压降忽略不计。 8、对于倍压整流电路，它能够输出比输入交流电压更高的直流电压，但这种电路输出电流的能力较差，所以具有高电压，小电流的输出特性。 9、分析上述整流电路时，主要用二极管的单向导电特性，整流二极管的导通电压由输入交流电压提供。 VO=0.45VI VO=0.92VI VO=0.92VI 思考题:电源为AC220V,变压器次级为V18的降压电源电路中，分别求:半波时、全波时、桥式时各自的输出电压，并简述其交直流转换工作过程,