1、正弦交流電
正弦交流電符號(hào)、電路和波形如圖1所示。下面以圖1b所示的交流電路來(lái)說(shuō)明圖1c所示正弦交流電波形。
①在0-t1期間：交流電源e的電壓極性是上正下負(fù)，電流I的方向是：交流電源上正→電阻R→交流電源下負(fù)，并且電流I逐漸增大，電流逐漸增大在圖1c中用波形逐漸上升表示，t1時(shí)刻電流達(dá)到最大值。
②在t1-t2期間：交流電源e的電壓極性仍是上正下負(fù)，電流I的方向仍是：交流電源上正→電阻R→交流電源下負(fù)，并且電流I逐漸減小，電流逐漸減小在圖1c中用波形逐漸下降表示，t2時(shí)刻電流為。
③在t2-t3期間：交流電源e的電壓極性仍是上負(fù)下正，電流I的方向也發(fā)生改變，圖1c中的交流電波形由t軸上方轉(zhuǎn)到下方表示電流方向發(fā)生改變，電流I的方向是：交流電源下正→電阻R→交流電源上負(fù)，電流反方向逐漸增大，t3時(shí)刻反方向的電流達(dá)到最大值。
④在t3-t4期間：交流電源e的電壓極性仍是上負(fù)下正，電流I仍是反方向，電流的方向是：交流電源下正→電阻R→交流電眼上負(fù)，電流反方向逐漸減少，t4時(shí)刻電流減小到0。t4時(shí)刻以后，交流電源的電流大小和方向變化與0-t4期間變化相同。實(shí)際上，交流電源不但電流大小和方向按正弦波變化，其電壓大小和方向變化也像電流一樣按正弦波變化。
2、周期和頻率
周期和頻率是交流電最常用的兩個(gè)概念，下面圖2所示的正弦交流電波圖形來(lái)說(shuō)明。
①周期：從圖2可以看出，交流電變化過(guò)程是不斷重復(fù)的，交流電重復(fù)變化一次所需的時(shí)間稱為周期，周期用T表示，單位是秒(s)。圖2所示交流電的周期為T(mén)=0.02s，說(shuō)明該交流電每隔0.02s就會(huì)重復(fù)變化一次。
②頻率 交流電在每秒鐘內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)稱為頻率，頻率用f表示，它是周期的倒數(shù)，即f=1/T，頻率的單位是Hz。圖2所示交流電的周期為T(mén)=0.02s，那么它的頻率為50Hz，說(shuō)明在1s內(nèi)交流電能重復(fù)0-t4這個(gè)過(guò)程50次，交流電變化越快，變化一次所需要的時(shí)間越短，周期就越短，頻率越高。
3、瞬時(shí)值和有效值
①瞬時(shí)值
交流電的大小和方向是不斷變化的，交流電在某一時(shí)刻的值稱為交流電在該時(shí)刻的瞬時(shí)值。以圖2所示的交流電壓為例，它在t1時(shí)刻的瞬時(shí)值為2202V(約為311V)，該值為最大瞬時(shí)值；在t2時(shí)刻瞬時(shí)值為0V，該值為最小瞬時(shí)值。
②有效值
交流電的大小和方向是不斷變化的，這給電路計(jì)算和測(cè)量帶來(lái)不便，為此引入有效值的概念，以圖3所示電路來(lái)說(shuō)明有效值的含義。
圖3所示兩個(gè)電路中的電熱絲完全一樣，現(xiàn)分別給電熱絲通交流電和直流電，如果兩電路通電時(shí)間相同，并且電熱絲發(fā)出熱量也相同，對(duì)電熱絲來(lái)說(shuō)，這里的交流電和直流電也等效的，那么久將圖3b中直流電的電壓值或電流值稱為圖3a中交流電的有效電壓值或有效電流值。
交流市電電壓為220V指的是有效值，其含義是雖然交流電壓時(shí)刻變化，但它的效果與220V直流電視一樣的。沒(méi)有特別說(shuō)明，交流電的大小通常是指有效值，測(cè)量?jī)x表的測(cè)量值一般也是指有效值。正弦交流電的有效值與瞬時(shí)最大值的關(guān)系是：最大瞬時(shí)值=√2×有效值。例如交流市電的有效電壓值為220V，它的最大瞬時(shí)電壓值=√2×220=311V。
4、交流電的相位與相位差
正弦交流電的電壓或電流值變化規(guī)律和正弦波一樣，為了分析方便，將正弦交流電波形放在圖4所示的坐標(biāo)中。
圖4中畫(huà)出了交流電的一個(gè)周期，一個(gè)周期的角度為2π，一個(gè)周期的時(shí)間為T(mén)=0.02s。從圖中可以看出，在不同的時(shí)刻，交流電壓所處的角度不同，如在t=0時(shí)刻的角度為0°，在t=0.005s時(shí)刻的角度為π/2(90°),在t=0.01s時(shí)刻的角度為π(180°)。
交流電在某時(shí)刻的角度稱為交流電在該時(shí)刻的相位。在圖4所示的交流電在t=0.005s時(shí)刻的相位為π/2(90°)，在t=0.01s時(shí)刻的相位為π。交流電在t=0時(shí)刻的角度稱為交流電的初相位，圖4中的交流電初相位為0°。
對(duì)于初相位為0°的交流電，可用公式表示：U=Um×sinωt，公式中U為交流電壓的瞬時(shí)值，Um為交流電壓的最大值，ωt為交流電壓的相位，其中ω稱為交流電的角頻率，ω=2π/T=2πf。利用公式可以求出交流電壓在任一時(shí)刻的相位及該時(shí)刻的電壓值。
例如：已知某交流電壓的周期T=0.02s，最大電壓值Um=10V，初相位為0°，求該交流電壓在t=0.015s時(shí)刻的相位及電壓。
先求出交流電壓在t=0.015s時(shí)刻的相位ωt：ωt=2π/T×t=3/2π，再求交流電壓在t=0.015s時(shí)刻的電壓值U：U=Um×sinωt=-10V。
有些交流電壓在t=0時(shí)刻的相位并不為0°(即初相位不為0°)，如圖5所示。在t=0時(shí)刻，U2的初相位為0°，它可以用U2=Um×sinωt表示；U1的初相位不為0°，而為φ。對(duì)于初相位不為0°的交流電壓可用公式表示：U1=Um×sin(ωt+φ)，公式中Um為交流電的最大值；(ωt+φ)為交流電的相位；φ為交流電的初相位(即t=0時(shí)的相位)。 圖5中U1的初相位φ=π/2，它的表達(dá)式為U1=Um×sin(ωt+π/2)，根據(jù)這個(gè)表達(dá)式可以求出U1在任何時(shí)刻的相位和電壓值。
②相位差
相位差是兩個(gè)同頻率交流電的相位之差。如圖6a、圖6b所示，兩個(gè)同頻率的交流電流i1、i2分別從兩條線路流向A點(diǎn)，在同一時(shí)刻，達(dá)到A點(diǎn)的i1、i2交流電的相位并不相同，在t=0時(shí)刻，i1的相位為π/2，而i2相位為0°，在t=0.01s時(shí)刻，i1的相位為3π/2，而i2相位為π，兩個(gè)電流的相位差為(π/2-0)=π/2或(3π/2-π)=π/2，即i1、i2的相位差始終是π/2。在圖6b中若將i1的前一段補(bǔ)償出來(lái)(虛線所示)，也可以看出i1、i2的相位差是π/2，并且i1超前i2 π/2(90°)。
兩個(gè)交流電存在相位差實(shí)際上就是兩個(gè)交流電變化存在著時(shí)間差。例如圖6b中的兩個(gè)交流電，在t=0時(shí)刻，i1電流的值為5mA；也就是說(shuō)，i2電流電流的值為0；而到t=0.005s時(shí)，i1電流的值變?yōu)?，i2電流的值變?yōu)?mA；也就是說(shuō)，i2電流變化總是滯后i1電流的變化。
