第1节 什么是交流电 (AC)？
强烈建议：
本节课如果难于理解，建议先看向导以下两篇文章，再回头学习这节课。
另外，电路分析公式、定义都有一个前提，就是基于直流电(甚至是稳定直流电)还是交流电(甚至是正弦交流电)进行推理或者建立分析模型的，我们的大部分课本在这一点上没有写清楚，很多同学，直流、交流概念都没建立然后直接进入了更高领域的学习，这样会非常吃力，如果存在这种情况，建议把本系列的文章先阅读一遍！
举个例子：
看看这个链接3.2 电子编程入门到工程师--欧姆定律的形象化理解 (opens new window) 中的正文与讨论区讨论内容。
- “电流在串联电路中处处相等” 这种定义的前提是基于稳定态的直流电去讨论的！
全系列文章请从以下电子类专栏浏览:
大多数学生从直流电(DC) 开始学习，直流电是沿恒定方向流动的电流或具有恒定极性的电压。
直流电是由电池（具有确定的正极和负极端子）产生的一种电力，或者是通过某些类型的材料相互摩擦而产生的一种电荷。
# 1. 交流电与直流电
尽管直流电很有用，也很容易理解，但它不是电力的唯一“类型”。某些电源(最显著的是旋转式发电机)能产生极性交替变化的电压，随着时间的推移，正负极会发生反转。
无论是作为电压切换极性还是作为电流来回切换方向，这种“类型”的电被称为交流电（AC）：
直流与交流图示
- DIRECT CURRENT 直流电流
- ALTERNATING CURRENT 交流电流
一般电池符号被用作直流电压源的通用符号，内部带有波浪线的圆圈是交流电压源的通用符号。
有人会为 AC 这样复杂的东西而烦恼。在某些情况下，交流电与直流电相比的确没有实际优势。
在电力这种以热量形式耗散能量的应用中，电流的极性或方向无关紧要，只要负载能够有足够的电压和电流来支撑所需的热量（功率耗散）。但是，使用交流电可以构建比直流电效率更高的发电机、电动机和配电系统，所以交流电在世界范围内主要用于高功率应用。
知道一些关于交流的背景知识对“为什么这样用交流电”有用。
# 2. 交流发电机
根据法拉第电磁感应定律，如果一台机器被构造成在一组静止的线圈周围旋转一个轴，随着轴的转动，交流电压将在线圈上产生。
这是交流发电机（也称为交流发电机）的基本工作原理：
- 交流发电机运行方式图示
- Step #1 第一步
- No Current 没有电流
- Load 负载
请特别注意，导线线圈上的电压极性如何反转。
连接到负载，这种反转电压极性将在电路中产生反向电流方向。交流发电机轴转动得越快，磁铁旋转得越快，从而产生在给定时间内更频繁地切换方向的交流电压和电流。
虽然直流发电机的工作原理与电磁感应的一般原理相同，但它们的结构并不像交流发电机那么简单。
对于直流发电机，线圈安装在交流发电机上的磁铁所在的轴上，并通过与旋转轴上的铜带接触的固定碳“刷”与该旋转线圈进行电气连接。
所有这些都是将线圈不断变化的输出极性切换到外部电路所必需的，因此外部电路的极性保持不变：
- 直流发电机运行图示
上图所示的发生器将在轴每转一圈时产生两个电压脉冲，两个脉冲的方向（极性）相同。为了使直流发电机产生恒定电压，而不是每 1/2 转一次的短暂电压脉冲，有多组线圈与电刷间歇接触。
上面显示的图表比在现实生活中看到的要简化。
与动圈建立和断开电接触所涉及的问题应该是显而易见的（火花和热量），尤其是在发电机轴高速旋转的情况下。如果机器周围的空气中含有易燃或易爆蒸气，则产生火花的电刷触点的实际问题就更大了。
交流发电机（交流发电机）不需要电刷和换向器来工作，因此不受直流发电机遇到的这些问题的影响。
# 3. 交流电机(电动机)
在发电机设计方面交流优于直流的优势也反映在电动机中。
直流电机需要使用电刷与移动的线圈进行电气接触，而交流电机则不需要。事实上，交流和直流电机的设计与它们的发电机非常相似（在本教程中相同），交流电机依赖于交流电通过其固定线圈产生的反向磁场来旋转，直流电机依靠电刷触点接通和断开连接，以每 1/2 转（180 度）通过电流反向旋转线圈。
# 4. 变压器
我们知道交流发电机和交流电动机往往比直流发电机和直流电动机简单。这种相对简单转化为更高的可靠性和更低的制造成本。但是交流电还有什么好处呢？当然，除了发电机和电动机的设计细节之外，它肯定还有更多用处！
有一种称为互感的电磁效应，即放置两个或多个线圈，使一个线圈产生的变化磁场在另一个线圈中感应出电压。如果我们有两个互感线圈，用交流电为一个线圈通电，我们将在另一个线圈中产生交流电压，该设备被称为变压器：
- AC Voltage Source 交流电源
- Transformer 变压器 (这个单词不好记，但是它的另一个翻译是变形金刚)
- Induced AC Voltage 感应交流电压
变压器的基本意义在于它能够将电压从通电线圈升压或降压到未通电线圈。在未通电（“次级”）线圈中感应的交流电压等于通电（“初级”）线圈上的交流电压乘以次级线圈匝数与初级线圈匝数之比（圈数比)。
如果次级线圈为负载供电，则通过次级线圈的电流正好相反：初级线圈电流乘以初级与次级匝数之比。这种关系有一个非常接近的机械类比，分别用转矩和速度来表示电压和电流：
- 倍速齿轮--降低扭矩并加速。降压变压器--降低电压和提高电流
如果绕组比反转，使得初级线圈的匝数少于次级线圈，则变压器将电压从源电平“升压”到负载处的更高电压：
- 减速齿轮--增加扭矩并降低速度。升压变压器--提高电压和降低电流
变压器能够轻松地提高或降低交流电压，使交流在配电领域具有直流无法比拟的优势，如下图所示。
在长距离传输电力时，使用升压电压和降压电流（更小直径的导线，电阻性功率损耗更小）会更有效，然后将电压降压，提升电流，提供给工业、商业或消费者使用。
- Power Plant 发电厂
- Low Voltage 低电压
- Step-up 逐步升压 (通过变压器)
- High Voltage 高电压
- Step-down 逐步降压 (通过变压器)
- Home or Business 家用或商用
- to other customers 到其他用户
变压器可实现电能的高效长距离高压传输。
变压器技术使远程配电变得实用。如果没有有效地升高和降低电压的能力，那么为任何近距离（最多几英里内）使用构建电力系统将是成本高昂的。
由于互感现象依赖于变化的磁场，而直流电（DC）只能产生稳定的磁场，因此变压器无法与直流电一起工作。
当然，直流电可以通过变压器的初级绕组中断（脉冲）以产生变化的磁场（就像在汽车点火系统中使用低压直流电池产生高压火花塞电源一样）。
成本原因使交流电在电力领域应用更广泛！
# 5. 总结
- DC代表“直流电”，意思是随着时间的推移保持恒定极性或方向的电压或电流。
- AC 代表“交流电”，意思是随着时间的推移改变极性或方向的电压或电流。
- 交流发电机，比直流机电发电机结构更简单。
- 交流和直流电机设计非常紧密地遵循各自的发电机设计原则。
- 变压器是一对互感线圈，用于将交流电从一个线圈传送到另一个线圈。通常，每个线圈中的匝数影响从通电（初级）线圈到未通电（次级）线圈的电压升高或降低。
- 次级电压 = 初级电压*（次级匝数/初级匝数）
- 次级电流 = 初级电流*（初级匝数/次级匝数）
# 6. 原文
# 7. 向导文章参考
- 第三节 基本电路之交流电路与变压器 (opens new window)
- 第二节 交流电 直流电 交流变直流 (opens new window)
- 第一节 电 电流 电压 电路 基本电子元件 (opens new window)
- 总目录：最好的电子、计算机从入门到工程师教程 (opens new window)
- 知乎向导的博客--汇集所有向导系列文章 (opens new window)