交流电是怎么来的？

每天我们都离不开电，我们也知道家用电是从发电厂发出来的。但是发电厂是如何发电的呢？是谁第一个发现了这个原理呢？要了解这些，我们首先要从一个人物法拉第说起。

丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应之后，英国物理学家法拉第就想到：既然电流能够产生磁场，那么反过来，磁场是否能够产生电流呢？因为在法拉第的时代，人们用电都是使用锌、铜和盐水制作的伏打电池，这种电池制作麻烦，电压小，发的电不适于普通人使用。但是自然界的磁铁资源非常丰富，如果使用磁铁发电，那么电就能进入千家万户了。

法拉第为了这个理想进行了艰苦的实验，他最初的想法是将一块磁铁放在螺线管中，期待着电路中产生电流，但是一直没有获得成功。终于，在1831年法拉第的实验获得了突破：他发现：只有在磁铁插入或者拔出螺线管的过程中，电路中才会产生电流。

我们用现代的方法可以把法拉第的实验等效成上面的情况：用一个螺线管连接电流表，将一根磁铁插入螺线管的过程中，电流表就会产生示数。而且，插入的速度越快，电流表指针的偏转就越大。同样，在磁铁拔出螺线管的过程中，电流表指针也会偏转，只是方向相反。但是，如果磁铁在螺线管中保持静止不动，电路中就没有电流产生了。

法拉第终于明白：只有在运动和变化的过程中，磁铁才能够产生电流。法拉第将他的发现总结成五种情况，其中应用在现代发电机的情况是：在磁场中切割磁感线的导体可以产生电流。

比如：我们将一根导线与电流表相连，并且使得导线向右运动，这样导线就好像切韭菜的刀一样切断了磁感线，电路中就会出现电流。而且我们可以使用右手定则判断电流的方向：如果磁感线穿过右手的手心，大拇指指向导线运动的方向，那么右手四指的方向就是产生的电流方向。

按照这个原理，法拉第制作了早期的发电机：让一个金属圆盘在一块马蹄形磁铁之间转动，由于金属圆盘的每一条半径都可以看作切割磁感线的导体，因此圆盘中心和边缘之间就会形成电流。

法拉第制作了发电机之后，英国财政大臣问他：你发现的这些东西很有趣，但是，它有什么用呢？法拉第回答道：哦，阁下，也许过不了多久，你就会对它收税了。果然，现在电已经成了我们生活必不可少的一部分，谁家用电不交钱呢？

早期的发电机，产生的都是直流电。所谓直流电就是电流方向不发生变化的电流。现在我们的家用电都是交流电，所谓交流电就是方向周期性变化的电流。

具体来说，两孔插座中有一根线称为“零线”，零线电压与大地相同，所以触摸零线不会触电。另一根线称为火线，火线电压一会儿比大地高，一会儿比大地低。由于电流从高电压流向低电压，所以电流有时候从火线流过用电器再流回零线，有时候从零线流过用电器再流回火线，每个周期是1/50s，称为50Hz的交流电。交流电与直流电相比最大的优点就是改变电压十分方便，从而可以进行高压传输以减小损耗。

那么，这种交流电又是如何产生的呢？

交流电可以通过一个线圈在磁场中转动产生。比如图中这种情况：在线圈旋转时，右侧导线向上运动，根据右手定则，产生的交流电从c流向d；左侧导线向下运动，产生的交流电从a流向b，所以整个电路中的电流流向是cdab方向。在线圈外端通过两个电刷与外部电路相连，于是电流就可以通过电刷从上向下流过灯泡。

半个周期之后，线圈旋转半周，ab与cd交换位置，电流方向就会变为badc，这样一来，电流就会从下向上流过灯泡。于是就形成了交流电。如果线圈匀速转动，就形成了正弦交流电。

也就是说，只要能让线圈与磁铁发生相对转动，就可以产生电流。在现代发电机中，旋转的其实不是线圈，而是磁铁，称为转子。而线圈是不动的，称为定子。同时，出于工程商的需要，发电机线圈有三组，任意两组线圈都夹60度角。

这样一来，当磁铁在线圈中匀速转动时，三组线圈中分别产生三个正弦交流电，而且每一个都比前一个滞后1/3周期。

这三个交流电会具有共同的零线（中性线）和不同的火线（输出线）。在供电时，如果我们把某个火线和零线接入用电器，就是家用电220V， 如果我们把两根火线接入用电器，就变成了工业用电380V。

那么， 我们如何才能使得线圈或磁铁转动呢？这就取决于发电机的种类。水力发电机是靠水的冲击使得涡轮机转动，风力发电机是靠扇叶使发电机转动，火力发电机是靠燃烧加热水蒸气推动涡轮机。这个过程需要消耗外界的能量。总之，发电机就是把其他形式能量转化成电能的机器。

发电机被发明之后，各种用电器如雨后春笋般出现，人类由此进入了电气时代。

我们还要再谈谈法拉第——这个奖人类带入电器时代的人。法拉第生于一个铁匠家庭，由于家庭贫困，他只上了两年小学就辍学了，成为了一名订书匠的学徒。不过，这份工作让他接触到了大量的图书，接触了普通人无法接触到的各种文献，他被科学深深地迷住了。

在书店里一位老主顾的帮助下，20岁的法拉第有幸聆听了化学家戴维的演讲。他还把整理好的演讲记录写信邮寄给戴维，并表示自己愿意为科学献身的想法。

戴维看过法拉第的简历之后对他说：“年轻人我要告诉你，科学是很辛苦的，而且没有多少回报。”

法拉第回答道：“我认为科学本身就是一种回报。”

戴维被感动了，法拉第终于成为了戴维实验室的一名助手，他的科学梦想从戴维实验室开始成为了现实。后来，法拉第在物理、化学方面都取得了惊人的成就，成为了那个时代最伟大的科学家。

法拉第还是一位品德高尚的人。由于自己早年的经历，他非常重视对年轻学者的培养，并且鼓励了一批如麦克斯韦一样的科学巨匠。他拒绝了对自己的封爵，还两次拒绝成为皇家科学会会长，并表示不愿安葬在西敏寺——牛顿等人的长眠地。于是，人们，将他安葬在其他墓园，却在西敏寺牛顿的墓碑旁树立他的纪念碑。

朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。我们所用的电分为直流电和交流电，在现实生产和生活中使用交流电的场合随处可见，比如现在电力系统的传输、家里使用的照明电路、工厂电气设备所用的电大都是交流电。交流电是如何得到的，这要从发电厂的源头说起。

我们知道发电厂发出的电是三相交流电，这个交流电是由三相交流发电机发出来的，当然在一定的场合中也会用到单相交流发电机，我记得小时候经常会看露天电影，有时在电影放映过程中突然会停电，这时放映员会使用发电机发电，就可以继续看电影了，当时用的发电机就属于单相发电机。

不管是单相发电机，还是三相发电机，它们都是采用电磁感应原理进行工作的。接下来我们分析一下交流发电机的工作过程就会明白交流电是如何产生的了。我们常见的发电机和电动机是非常类似的，它们也是由定子、转子以及轴承和端盖等部分组成。

发电机定子的作用是用来产生交流电的，它由铁芯、绕组和机座等固定的部件组成；转子是由转子铁芯、转子绕组、滑环等部件构成，在发电机中，转子的作用是产生磁场的，它安装在定子的里面，如下图所示。

转子在外力的作用下，比如我们说的水力发电、火力发电、风能发电、核能发电等，它们都是通过水轮机、蒸汽机等带动发电机的转子，使转子在发电机定子中旋转，在旋转的过程中就相当于定子切割磁力线运动，就产生了电压，然后我们再通过接线端子引出电线，就产生了电流了。

由于三相交流发电机中的定子是由三相绕组构成，每相绕组都相隔120度，接成Y形状，这样定子的三相绕组就产生了相互相差120度的电压，又由于转子在机械装置的带动下做旋转运动，因此三相绕组就产生了三相交流电了，示意图如下图所示。

从三根绕组中引出的线，我们叫火线，分别称为A、B、C。从发电机转子的绕组公共端引出的线我们叫零线，称为N线。火线之间是380V的电压，而零线与火线之间是220V的电压，其示意图如下图所示。

其实，交流电又可分为正弦交流电和非正弦交流电，对于非正弦的交流电一般有锯齿波形状的、矩形波状的等等，这些非正弦的交流电一般都是通过特殊的处理方式得到的，一般用在特殊的场合。以上就是我对这个问题的简单看法，欢迎朋友们分享讨论，感谢点赞。

交流电流，英文名：Alternating Current，缩写：AC，是指电流大小和方向随时间作周期性变化的电流。不同于直流电，交流电的方向是会随着时间发生改变的，而直流电没有周期性变化。交流电最常见的波形为正弦曲线，它可以有效传输电力，生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。实际上交流电还有应用其他的波形，例如三角形波、正方形波等。

发展历史

发现了电磁感应后，产生交流电流的方法就被知晓了。早期的交流电是由英国人麦可·法拉第（Michael Faraday）与法国人波利特·皮克西（Hippolyte Pixii）等人开发出来。

1882年，英国电工詹姆斯·戈登建造了大型双相交流发电机。开尔文勋爵与塞巴斯蒂安·费兰蒂（Sebastian Ziani de Ferranti）开发早期交流发电机，频率介于100赫兹至300赫兹之间。

1891年，尼古拉·特斯拉取得了高频交流发电机（15000Hz）的专利。

1891年后，多相交流发电机被用来供应电流，此后的交流发电机的交流电流频率通常设计在16赫兹至100赫兹间，搭配弧光灯、白炽灯或电动机使用。

根据电磁感应定律，当导体周围的磁场发生变化，感应电流在导体中产生。通常情况下，旋转磁体称为转子，导体绕在铁芯上的线圈内的固定组，称为定子，当其跨越磁场时，便产生电流。产生交流电的基本机械称为交流发电机。

数值

交流电在某一个瞬间的数值称为瞬时值，瞬时值最大的时候叫做最大值。其平均值可以用交流电的半个周期来计算。

●瞬时值和最大值

右图上的圆圈表示线圈的旋转角度（角频率），波浪则是正弦交流电，表示线圈旋转后产生的电动势。正弦波交流电，记录了因线圈旋转而改变角频率时的瞬时数值。这个数值叫做“瞬时值”。当瞬时值最大的时候，刚好处于正向的波形小山和负向的波形小山的顶点，所以这个值叫做“最大值”。

瞬时值f可以用来求得。是由线圈的形状或磁铁的强弱来决定的。

交流电的电动势的电压是正弦波，电流表现出来的也是同样的正弦波。

平均值

由于正弦交流电的波形图是在正向波形小山和负向波形小山之间反复变化的，所以可以求出其平均值。在正弦交流电的1个周期内，正向波形小山的面积与负向波形小山的面积相等，所以取其平均的结果是0。因此，如果要求正弦交流电的电动势或电流的平均值的时候，可以用半个周期来计算。平均值可以用来求得。

性质

根据傅里叶级数的原理，周期函数都可以展开为以正弦函数、余弦函数组成的无穷级数，任何非简谐的交流电也可以分解为一系列简谐正余弦交流电的合成。

频率

交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数，单位是赫兹，与周期成倒数关系。日常生活中的交流电的频率一般为50赫兹或60赫兹，而无线电技术中涉及的交流电频率一般较大，达到千赫兹（KHz）甚至百万赫兹（MHz）的度量。不同国家的电力系统的交流电频率不同，通常为50赫兹或者60赫兹。在亚洲使用50赫兹的国家与地区主要有中国、日本、泰国、印度和新加坡，而韩国、菲律宾和中国台湾使用60赫兹，欧洲大部分国家使用50赫兹，美洲使用60赫兹的国家主要是墨西哥、美国和加拿大。

峰值和有效值

正余弦交流电的峰值与振幅相对应，而有效值大小则由相同时间内产生相当焦耳热的直流电的大小来等效。交流电峰值与均方根值（有效值）的关系为。市电220V表示均方根值，其峰值为311V。

功率振荡

使用50Hz或60Hz单相电时，电器的输出功率会以100Hz或120Hz振荡。这个数字远高于肉眼可分辨的24Hz，所以我们无法观察电灯在闪烁。

使用三相电时，三个功率相加是稳定的，这是发电厂使用三相发电机的主要原因之一。

应用

发电机

交流发电机通常采用旋转磁场设计，电枢静止，这样便不需要使用电刷和滑环取电。

同步发电机的磁场来自永久磁铁或电磁铁。发电厂使用的大型同步发电机可透过控制励磁系统（电磁铁）来改变输出电压及无功功率。

异步发电机静止时不会自行产生磁场，利用定子与转子间气隙旋转磁场，与转子绕组中感应电流相互作用来发电。异步发电机需要电容或同步发电机提供无功功率才可以运作，因此通常不能自启动，即是不借助外部电力来启动。

电力传输

交流电被广泛运用于电力的传输，因为在以往的技术条件下交流输电比直流输电更有效率。传输的电流在导线上的耗散功率可用焦耳定律求得，显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限，很难降低目前使用的输电线路（如铜线）的电阻，所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据（实际上有功功率），提高电网的电压即可降低导线中的电流，以达到节约能源的目的。

而交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电。使用结构简单的升压变压器即可将交流电升至几千至几十万伏特，从而使电线上的电力损失极少。在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全，在进户之前再次降低至市电电压或者适用的电压供用电器使用。

随着电力电子学的发展，愈来愈多长距离输电采用高压直流输电（HVDC），直流电功率因素是1，效率更高。在日本，糸鱼川静冈构造线以东为50Hz、以西为60Hz，在静冈县与长野县设有三处频率转换变电所联网，而本州与北海道及四国间则以海底HVDC连结。

变压器

变压器的构造

变压器是一种用来改变交流电电压的电气设备，它是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。一个线圈和电源连接，叫原线圈(也叫初级线圈)；另一个和负载连接，叫副线圈(也叫次级线圈)。两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。

变压器的变压原理

在原线圈上加交变电压，原线圈中就有交流电通过，在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变的磁通量也穿过副线圈，在副线圈中引起感应电动势。所以，这时的副线圈可以作为电源使用。当把用电器连接在副线圈的两端时，副线圈电路中就产生交流电，这时加在用电器上的电压就是副线圈的端电压。

由实验知道，变压器原线圈两端的电压和副线圈两端的电压之比，等于原线圈、副线圈的匝数之比。如果大于就大于，变压器就使电压升高，这种变压器叫做升压变压器。如果小于就小于，变压器就使电压降低，这种变压器叫做降压变压器。

交流电相位分类

目前各国使用的交流电相位主要为单相及三相。

三相电

也叫三相交流电，输电时只有三条火线，供电给客户时有三条火线和中线。只使用其中一条相线及中线，便是单相电。三条火线上的正弦波各有相位差，主要为工业用。

如果相电压是220V，线电压则是380V。

三相电一般为三相四线。三个相线的符号为，，，也可以分别表示为A，B，C，分别代表相线1，相线2，相线3，L为Live Wire的缩写，零线的符号为N，为Neutral Wire的缩写。地线为E，为Earth的缩写。

单相电

也称单相交流电，其电缆有一条火线和一条中线，用于一般住宅及商业楼宇。单相电有火线和零线两条线，火线为L，为Live Wire的缩写，零线为N，为Neutral Wire的缩写。地线为E，为Earth的缩写，也可以写作PE，为Protecting Earth的缩写。

朋友你好，我是交流电。让我亲自来告诉你，我是怎样从远在千里之外的发电站，一路千辛万苦地来到你家里的吧。

我是在发电站的发电机里孕育出生，乘上10千伏，或者20千伏电压的列车（直快列车）踏上征程。

一路上还要换三次车。

第一次是在发电站端的变电站（一级变电站），换乘220千伏或110千伏的高压（特快列车），延着高压输电线翻山越岭，跨江越河，来到位于城市边缘的城市中心变电站（二级变电站）。

因为这个阶段的电压太高了，进入城市会给人们带来很大危险。所以要在二级变电站换乘35千伏电压的直快列车进入城市。

进入城市后，我的一部分小伙伴儿被直接送去给大型工厂供电。另一部分小伙伴儿被送去为居民区供电。这部分被送去居民区的小伙伴儿还要再换乘一次列车（三级变电），降为10千伏。这便是你在路边电线杆上看到的只有三根电线的输电线路。来到你们家小区附近后，我还要通过用户变电站（四级变电站），也就是就是你在大马路边上看到的电线杆子上，或者是在马路边上的灰色铁箱子里面的那个变压器，完成第四次换乘，换乘普通绿皮列车，将10千伏电压变成380/220伏，这才能安全也进到你的家，为你提供各种服务。

在我被降压到380/220伏之前，我都是乘坐三根输电线的线路，所以叫做三相三线制交流电。当我被降到380/220伏时，增加了一根零线，改为四根线输电线路，所以这时候我就改了一个名字，叫做三相四线制交流电了。

在从一级变电站到二级变电站的这一翻山越岭，跨江越河，最远最难走的路上，我的许多小伙伴为了保护我能够顺利通过，还会牺牲在同电磁感应做斗争的过程中。

还有一个好消息告诉你，随着国家科学技术的发展进步，现在，在那一段最难走，牺牲掉我很多小伙伴儿的路上，我也能坐上高速列车啦。在一级逆变电站把我变成直流电，乘坐550千伏，甚至是1000千伏的超高压高速列车风驰电掣来到二级逆变电站，这样就可以避免因为要同电磁感应做斗争而牺牲大量我的小伙伴儿。在二级逆变电站我再变回交流电，乘坐35千伏列车进入市区。

所以你看，我从发电站来到你家多不容易呀，你在利用我为你服务的时候，可一定要小心珍惜哟。

三箱是120度电动式角，碰电离电动式所产生的。