交流正弦波形是通過(guò)在磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的，交流電壓和電流構(gòu)成交流理論的基礎(chǔ)

直流或DC，因?yàn)樗ǔ１环Q為，是一種電流或電壓形式，僅在一個(gè)方向上繞電路流動(dòng)，使其成為“單向”電源。

一般來(lái)說(shuō)，直流電流和電壓都由電源，電池，發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池產(chǎn)生，僅舉幾例。直流電壓或電流具有固定的幅度（幅度）和與之相關(guān)的確定方向。例如， + 12V 表示正方向?yàn)?2伏，或 -5V 表示負(fù)方向?yàn)?伏。

我們也知道DC電源在時(shí)間上不會(huì)改變它們的值，它們是在連續(xù)穩(wěn)態(tài)方向上流動(dòng)的恒定值。換句話說(shuō)，DC始終保持相同的值，并且恒定的單向DC電源永遠(yuǎn)不會(huì)改變或變?yōu)樨?fù)值，除非它的連接是物理反轉(zhuǎn)的。簡(jiǎn)單的直流或直流電路示例如下所示。

直流電路和波形

另一方面，交替函數(shù)或AC波形被定義為在大小和方向上或多或少均勻地相對(duì)于時(shí)間變化的一個(gè)，使其成為“雙向的” “波形。 AC功能可以表示具有 AC波形形狀的電源或信號(hào)源，通常遵循數(shù)學(xué)正弦曲線的形狀： A（t）= A max * sin（2π?t）。

術(shù)語(yǔ)AC或者給出它對(duì)交流電的完整描述，通常指的是時(shí)變波形，其中最常見(jiàn)的是被稱為正弦波更好地稱為正弦波形。正弦波形通常通過(guò)其簡(jiǎn)短描述稱為正弦波。正弦波是目前電氣工程中最重要的交流波形之一。

通過(guò)繪制電壓或電流的瞬時(shí)縱坐標(biāo)值得到的形狀稱為AC波形的。交流波形每隔半個(gè)周期不斷改變其極性，在正時(shí)間和正負(fù)最大值之間交替變化，其中一個(gè)例子就是我們?cè)诩抑惺褂玫膰?guó)內(nèi)電源電壓。

這意味著 AC波形是“時(shí)間相關(guān)信號(hào)”，其中最常見(jiàn)類型的時(shí)間相關(guān)信號(hào)是周期波形。周期性或交流波形是旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的最終產(chǎn)品。通常，可以使用基頻生成任何周期性波形的形狀，并將其與不同頻率和幅度的諧波信號(hào)疊加，但這是另一個(gè)教程。

交流電壓和電流不能存儲(chǔ)在電池或像直流電（DC）這樣的電池可以在需要時(shí)使用交流發(fā)電機(jī)或波形發(fā)生器產(chǎn)生這些量更容易和更便宜。 AC波形的類型和形狀取決于產(chǎn)生它們的發(fā)生器或設(shè)備，但所有AC波形由零電壓線組成，該線將波形分成兩個(gè)對(duì)稱的半部。AC波形的主要特征定義為：

AC波形特征

?期間， （T）是波形從開(kāi)始到結(jié)束重復(fù)自身所用的時(shí)間長(zhǎng)度（以秒為單位）。這也可以稱為正弦波波形的周期時(shí)間，或方波的脈沖寬度。

?頻率，（?）是波形在一秒時(shí)間內(nèi)重復(fù)的次數(shù)。頻率是時(shí)間段的倒數(shù)，（?= 1 / T ），頻率單位為赫茲，（Hz）。

?幅度（A）是以伏特或安培為單位測(cè)量的信號(hào)波形的幅度或強(qiáng)度。

在我們關(guān)于波形的教程中，我們研究了不同的類型波形并表示“波形基本上是繪制到時(shí)間基準(zhǔn)的電壓或電流變化的直觀表示”。通常，對(duì)于AC波形，該水平基線表示電壓或電流的零條件。位于水平零軸上方的AC型波形的任何部分表示在一個(gè)方向上流動(dòng)的電壓或電流。

同樣，位于水平零軸下方的波形的任何部分表示電壓或電流與第一個(gè)方向相反的方向流動(dòng)。通常對(duì)于正弦AC波形，零軸上方的波形形狀與其下方的形狀相同。但是，對(duì)于包括音頻波形在內(nèi)的大多數(shù)非功率交流信號(hào)，并非總是如此。

電氣和電子工程中最常用的周期性信號(hào)波形是正弦波形。然而，交替的AC波形可能不總是采用基于三角正弦或余弦函數(shù)的平滑形狀的形狀。交流波形也可以采用復(fù)波，方波或三角波的形狀，如下所示。

周期波形的類型

AC波形從正半部分到負(fù)半部分完成一個(gè)完整模式并再次返回零基線所需的時(shí)間稱為循環(huán)和一個(gè)完整循環(huán)包含正半循環(huán)和負(fù)半循環(huán)。波形完成一個(gè)完整周期所需的時(shí)間稱為波形的周期時(shí)間，并給出符號(hào)“T”。

完成周期的完整周期數(shù)在一秒（周期/秒）內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)稱為交替波形的頻率，符號(hào)?。頻率以赫茲，（ Hz ）測(cè)量，以德國(guó)物理學(xué)家海因里希赫茲命名。

然后我們可以看到周期之間存在關(guān)系（振蕩） ），周期時(shí)間和頻率（每秒周期數(shù)），因此如果在一秒內(nèi)有?個(gè)周期，則每個(gè)周期必須以 1 /?秒完成。

頻率與周期時(shí)間的關(guān)系

AC波形示例No1

1。什么是50Hz波形的周期時(shí)間和2.周期時(shí)間為10mS的交流波形的頻率是什么。

1。

2）。

用于表示的頻率“每秒周期“縮寫為”cps“，但今天更常用”Hertz“單位指定。對(duì)于家用主電源，頻率將為50Hz或60Hz，具體取決于國(guó)家，并由發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度確定。但是一個(gè)赫茲是一個(gè)非常小的單位，因此使用前綴來(lái)表示在較高頻率下波形的數(shù)量級(jí)，例如kHz，MHz甚至GHz.

頻率前綴的定義

除了知道交流量的周期時(shí)間或頻率外，交流波形的另一個(gè)重要參數(shù)是幅度，更好地稱為最大值或峰值，由電壓或 I max I max 表示的 V max EM>交流波形的幅度

峰值是波形在零基線測(cè)量的每個(gè)半周期內(nèi)達(dá)到的電壓或電流的最大值。與具有可使用歐姆定律測(cè)量或計(jì)算的穩(wěn)態(tài)的直流電壓或電流不同，交流量隨時(shí)間不斷變化其值。

對(duì)于純正弦波形，此峰值始終為兩個(gè)半周期（ + Vm = -Vm ）相同，但對(duì)于非正弦波或復(fù)雜波形，每個(gè)半周期的最大峰值可能非常不同。有時(shí)，交替波形給出峰峰值， V pp 值，這只是距離或電壓之和。最大峰值， + V max 以及一個(gè)完整周期內(nèi)的最小峰值 -V max 。 / p>

AC波形的平均值

當(dāng)DC電壓恒定時(shí)，連續(xù)DC電壓的平均值或平均值將始終等于其最大峰值。該平均值僅在DC電壓的占空比改變時(shí)才會(huì)改變。在純正弦波中，如果在整個(gè)周期內(nèi)計(jì)算平均值，則平均值將等于零，因?yàn)檎氩亢拓?fù)半部將相互抵消。因此，僅在半個(gè)周期內(nèi)計(jì)算或測(cè)量AC波形的平均值或平均值，如下所示。

非正弦波形的平均值

要找到我們需要的波形的平均值使用中坐標(biāo)規(guī)則，梯形規(guī)則或數(shù)學(xué)中常見(jiàn)的辛普森規(guī)則來(lái)計(jì)算波形下方的面積。通過(guò)簡(jiǎn)單地使用中坐標(biāo)規(guī)則可以很容易地找到任何不規(guī)則波形下的近似面積。

零軸基線被分成任意數(shù)量的相等部分，在上面的簡(jiǎn)單示例中，該值為9，（V 1 至V 9 ）。繪制的縱坐標(biāo)線越精確，將是最終平均值或平均值。平均值將是加在一起的所有瞬時(shí)值的相加，然后除以總數(shù)。如下所示。

AC波形的平均值

其中： n 等于實(shí)際使用的中間坐標(biāo)數(shù)。

對(duì)于純正弦波形，此平均值或平均值始終等于 0.637 * V max 這種關(guān)系也適用于電流的平均值。

交流波形的RMS值

我們計(jì)算的交流波形的平均值為：0.637 * V max 與我們用于直流電源的值不同。這是因?yàn)榕c恒定且具有固定值的DC電源不同，AC波形隨時(shí)間不斷變化并且沒(méi)有固定值。因此，為負(fù)載提供與DC等效電路相同的電功率的交流系統(tǒng)的等效值稱為“有效值”。

正弦波的有效值產(chǎn)生相同的值I 2 *在負(fù)載中的R加熱效應(yīng)，正如我們所預(yù)期的那樣，是否通過(guò)恒定DC電源供給相同的負(fù)載。正弦波的有效值通常稱為Root Mean Squared或簡(jiǎn)稱RMS值，因?yàn)樗挥?jì)算為平均值（平均值）的平方根。電壓或電流的平方。

即V rms 或I rms 給出所有的平均值的平方根平方正弦波的正中值。任何AC波形的RMS值可以從以下修改的平均值公式中找到，如圖所示。

AC波形的RMS值

其中： n 等于中坐標(biāo)數(shù)。

對(duì)于純正弦波形，此有效或RMS值也將始終相等： 1 / √ 2 * V max 等于 0.707 * V max ，此關(guān)系適用于當(dāng)前的RMS值。除矩形波形外，正弦波形的RMS值始終大于平均值。在這種情況下，加熱效果保持不變，因此平均值和RMS值將相同。

關(guān)于R.M.S.的最后評(píng)論。值。除非另有說(shuō)明，否則大多數(shù)萬(wàn)用表（數(shù)字或模擬）僅測(cè)量R.M.S.電壓和電流的值而不是平均值。因此，在直流系統(tǒng)上使用萬(wàn)用表時(shí)，讀數(shù)將等于 I = V / R ，對(duì)于交流系統(tǒng)，讀數(shù)將等于 Irms = Vrms / R 。

此外，除了平均功率計(jì)算，在計(jì)算RMS或峰值電壓時(shí)，僅使用V RMS 來(lái)查找I RMS 值，或者峰值電壓，Vp找到峰值電流，Ip值。不要將它們混合在一起，因?yàn)檎也ǖ腞MS或峰值完全不同，您的結(jié)果肯定是不正確的。

形狀因子和波峰因數(shù)

雖然這些天很少使用，但形狀因子和波峰因數(shù)都可用于提供有關(guān)實(shí)際的信息AC波形的形狀。形狀因子是平均值和RMS值之間的比率，并給出為。

對(duì)于純正弦波形，F(xiàn)orm Factor將始終等于 1.11 。波峰因數(shù)是R.M.S.之間的比率。值和波形的峰值，并給出為。

在純正弦波形中，波峰因數(shù)將始終等于 1.414 。

AC波形示例No2

6安培的正弦交流電流經(jīng)過(guò)電阻為40Ω。計(jì)算電源的平均電壓和峰值電壓。

R.M.S.電壓值計(jì)算如下：

平均電壓值計(jì)算如下：

峰值電壓值計(jì)算如下：

平均值，RMS，形狀因子和波峰因數(shù)的使用和計(jì)算也可以用于任何周期波形的類型，包括三角形，方形，鋸齒形或任何其他不規(guī)則或復(fù)雜的電壓/電流波形形狀。各種正弦值之間的轉(zhuǎn)換有時(shí)會(huì)令人困惑，因此下表提供了將一個(gè)正弦波值轉(zhuǎn)換為另一個(gè)正弦波值的便捷方法。

正弦波形轉(zhuǎn)換表

在下一篇關(guān)于正弦波形的教程中，我們將研究產(chǎn)生正弦交流波形（正弦曲線）及其角速度表示的原理。