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一、正弦交流电路与正弦量
电路有交流和直流之分,如下图1-1所示为不同形式的交流量和直流量波形图。
图1-1
图(1)所示为恒定直流量的波形,例如电池的电压,在一定情况下就保持为恒定值。而图(2)就是本文的主角,正弦交流量,即正弦量。比较图1-1中的几种波形,可以发现,所谓直流量,不仅仅是指恒定直流量,还包括大小变化的各种时变量,如图(3)、图(6)的锯齿波,它们大小随时间变化,但方向保持不变,所以它们是直流量。
而交流,区别于直流,是指电路中的电压、电流等物理量方向发生变化,但大小不一定变化,例如图(4)的矩形波,该电流方向作周期变化,但其大小保持不变。
含有正弦电源且电路中各部分产生的电压、电流均按正弦规律变化的电路,就是正弦交流电路。所谓正弦规律变化,正如图1-1中的图(2)所示。
在这里要说明一点,“正弦规律”不一定指正弦函数,其实余弦函数也是按正弦规律变化的,因为余弦函数可以由正弦函数左移90°得到。所以上文提到的“正弦规律”指的是一种变化规律,而不是指正弦函数。
例如图1-2所示的电流和电压,都属于正弦量。但在同一个电路中,一旦确定所用的函数,那么所有正弦量都应该用同一种函数表示,例如确定用sine正弦函数,就不能出现consine余弦函数,即使有,也应该根据三角函数换算转化为sine函数表示,这也是为了便于它们进行相位的比较。
图1-2
例如某电路电流为Im sin(ωt),电压为Um cos(ωt),此时不能直接说电压与电流相位相同,因为它们的函数不一致,把电压转换为Um sin(ωt 90°),如下图1-3所示,最终得出,电压相位超前电流90°。
图1-3
正如不同的人,外貌、体型等各有不同,但一眼就能看出是个人。同理,不同的正弦量,其幅值、初相位各有不同,但它们都有着共同的要素,这就是正弦量的三要素:幅值、初相位、频率。
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