交流电：周期性变化的电流，广泛应用且有效传输电力

交流电（AC）是指电流的大小和方向都呈周期性变化。由于周期电流在一个周期内的移动平均值为零，所以称为交流电或简称AC。与直流电不同，它的方向是相同的。通常波形是正弦曲线。交流电可以有效地传输电力。但实际上，也有其他波形使用，例如三角波和方波。生活中使用的市电就是正弦波形的交流电。

第一台交流发电机的发明者是法国工程师 AM Pixie (1832)

其中应用最为广泛的是正弦交流电，其它非正弦交流电经过数学处理后一般都可以变换为正弦交流电的叠加。正弦电流（又称简谐电流）是时间的简单谐波函数。

当闭合线圈在均匀磁场中绕垂直于磁场的轴作匀速旋转时，线圈中就会产生大小和方向周期性变化的正弦交流电流。

现在使用的交流电一般频率为50Hz。

我们常见的电灯、电动机等所用的电都是交流电网校哪个好，实际中用符号“～”来表示交流电。

电流随时间变化的规律表明，正弦交流电有三个要素：最大值（有效值）、周期（频率或角频率）和相位（起始相位）。交流电要讨论的基本问题是电路中电流与电压的关系以及功率（或能量）的分配。由于交流电具有随时间变化的特性，因此产生了一系列不同于直流电路的特性。交流电路中使用的元件不仅有电阻，还有电容和电感。使用的元件越多，现象​​和规律就越复杂。

交流电频率周期

频率是一个物理量，表示交流电随时间变化的速度。即交流电每秒钟变化的次数称为频率，用符号f表示。它的单位是周/秒，又称赫兹，通常用“Hz”表示，简写为周或赫兹。例如，市电是50周交流电，它的频率为f=50周/秒。对于更高的频率，也可以用千周（kC）和兆周（MC）作为频率的单位。1千周（kC）=10^3周/秒1兆周（MC）=10^3千周（kC）=10^6周/秒

例如，我国第一颗人造地球卫星发射的信号频率为20.009兆赫，也就是说它发射的是每秒变化20.009×10^6次的交流信号。在交流正弦电流表达式中，i=Asin(ωt+φ)中的ω称为角频率，也是反映交流电随时间变化快慢的物理量。角频率与频率的关系为ω=2πf。

交流电随时间变化的速度，也可以用周期这个物理量来描述。交流电变化一次所需的时间叫周期，用符号T表示。周期的单位是秒。显然，周期和频率互为倒数，即T=1/f

由此可以看出，交流电随时间变化越快，它的频率f就越高，周期T就越短；反之，频率f越低，周期T就越长。

λ=c/f，T=1/f

交流峰值

简谐函数（也称简谐量）是时间的周期函数，其简谐电流i=Asin（ωt+φ）

式中的A称为电流的峰值，i为瞬时值。需要注意的是，峰值和相位是根据上式中A为正值的要求来定义的。例如，对于函数i=-5sin(ωt+α)，其形式如下：

峰值不应该认为是-5，初相应该是+α，但函数应该写成i=5sin（ωt+α+π）

可以看出它的峰值是5，初相位为α+π。

交流电

在交流电中，电流和电压是随时间变化的，因此电流与电压乘积所表示的功率也会随时间变化。交流功率可分为：瞬时功率、有功功率、视在功率（也称总功率）和无功功率。 （1）瞬时功率（Pt）。瞬时电流与电压的乘积所表示的功率。Pt=i（t）·u（t），随时间变化。对任何电路，i与ui（t）之间存在相位差=Imsinωt，u（t）=Umsin（ωt+φ）。

即在纯电阻电路中，电流与电压无相位差，即φ=0，瞬时功率Pt=IU

位时间内使用的能量，或一个周期内使用的能量与时间的比率。在纯电阻电路中，

纯电阻电路中有功功率的计算方法与直流电路中功率的计算方法完全相同，电压和电流都采用有效值计算。

以上说明电感电路和电容电路中的能量只能在电路内部进行交换，即电容与电源之间、电感与电源之间进行能量交换，与外界无任何能量交换，所以它们的有功功率为零。一般电路的平均功率为

（3）视在功率（S）。在交流电路中，电流与电压有效值的乘积叫视在功率，即S=IU。它可用来表示电器本身允许使用的最大功率（即容量）。（4）无功功率（Q）。在交流电路中，电流与电压有效值与它们的相位差φ的正弦值的乘积叫无功功率，即Q=IUsinφ。它与电路中实际消耗的功率无关功的计算公式，只表示电容、电感与电源之间能量交换的尺度。有功功率、无功功率、视在功率之间的关系，可用图3-57所示的“功率三角形”来表示。

交流电的分类：单谐波交流电

根据傅里叶级数原理，周期函数可以展开成由正弦函数和余弦函数组成的无限级数，任何非谐波交流电也可以分解成一系列谐波正弦和余弦交流电的合成。

频率

交流电的频率是指单位时间内周期性变化的次数，其单位为赫兹（Hz），与周期成反比。日常生活中交流电的频率一般为50Hz，而无线电技术中涉及的交流电频率一般较高，达到千赫兹（KHz）甚至兆赫兹（MHz）的量度。

折叠峰值和 RMS 值

正、余弦交流电的峰值对应的是幅值，有效值相当于在相同时间内产生等效焦耳热的直流电流的大小。正、余弦交流电的峰值与有效值的关系为：

：

例如城市家庭用电220伏代表有效值，而其峰值约为311伏。

交流电力传输

交流电在电力的传输中被广泛应用，因为在以前的技术条件下交流电比直流电的效率要高。传输电流在导线上耗散的功率可用P= I²R（功率=电流平方×电阻）来计算。显然，要减少能量的损耗，就要减小传输电流或者导线的电阻。由于成本和技术的限制，目前使用的输电线（如铜线）的电阻很难减小，所以减小传输电流是唯一有效的方法。根据P=IU（功率=电流×电压，其实有效功率P= IUcosφ），提高电网的电压就可以减少导线中的电流，达到节能的目的。

交流电易于升降压的特点，正好适合高压输电。使用简单的升压变压器，交流电就可升压到几千伏至几十万伏，这样，导线上的电能损耗就很小。在城市中，一般都用降压变压器，将电压降至几万伏至几千伏以确保安全，再降到市电电压（国内及香港为220V）或适合电器使用的电压后才可入户。常用的交流电为三相交流电，其电缆有三根火线和一根公共地线，三根火线上的正弦波相位相差120°功的计算公式，对于一般用户来说，只使用一根或两根相线（其中一根需加零线）。

近年来，直流变压及输电技术有了很大进步，高压直流输电的损耗会比较小，因此有望在未来取代交流，解决交流的安全性及交直转换问题。