交流电及整流滤波电路2012修正a

时间：2026-01-14

6.2.1 交流电及整流滤波电路

（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）

在现代工农业生产和日常生活中，广泛地使用着交流电。主要原因是与直流电相比，交流电在生产、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低电气设备的绝缘要求。这种电压的升高和降低，在交流供电系统中可以很方便而又经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、价格便宜，运行可靠等优点。在一些非用直流电不可的场合，如工业上的电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。

交流电的电压（或电流）随时间作周期性变化。实际上，所谓交流电包括各种各样的波形，如正弦波、方波、锯齿波等。本实验中，我们主要讨论正弦交流电。其原因在于，正弦交流电在工业中得到广泛的应用，它在生产、输送和应用上比起直流电来有不少优点，而且正弦交流电变化平滑且不易产生高次谐波，这有利于保护电气设备的绝缘性能和减少电气设备运行中的能量损耗。另外各种非正弦交流电都可由不同频率的正弦交流电叠加而成（用傅立叶分析法），因此可用正弦交流电的分析方法来分析非正弦交流电。

本实验的目的是掌握交流电路的基本特性及交流电各参数的测量方法。了解整流滤波电路的基本工作原理。实验原理 1．

交流电路

正弦交流电的表达式如下，其曲线如图6.2.1-1所示。

i(t) IPsin( t 1)u(t) UPsin( t 2)

（1）

由此可见，正弦交流电的特性表现在正弦交流电的大小、变化快慢及初始值方面。而它们分别由幅值（或有效值）、频率（或周期）和初相位来确定。所以幅值、频率和初相位被称为正弦交流电的三要素。

（1）幅值、频率值和有效值

1）幅值

峰值或最大值，记为UP或IP，峰点电位之差称为“峰-峰值”，记为UP-P和IP-P。显然

UP P 2UP, IP P 2IP。

2）平均值

令i(t)、u(t)分别表示时间变化的交流电流和交流电压，则它们的平均值分别为

1T1T

i(t)dt u u(t)dt （2） 00TT

这里T是周期，平均值实际上就是交流信号中直流分量的大小，所以图6.2.1-1所示的正弦交流电的平均值为0。 3）

有效值

在实际应用中，交流电路中的电流或电压往往是用有效值而不是用幅值来表示。许多交流电流或电压测量设备的读数均为有效值。有效值采用如下定义：

1T 1T

I i2(t)dt U u2(t)dt （3）

00 T T

表6.2.1—1 常见交流电的有效值、峰值和平均值的换算关系

对于具有（2）式性质的纯正弦交流电来说，上述计算结果

为：I

212

U 通常我国使用的市电电压为220V，意指其有效值U=220V，因此它的峰值

UP 311 V，表6.2.1—1

表示常见交流电的有效值、峰值和平均值的换算关系。（2）周期与频率

正弦交流电通常用周期（T）或频率（f）来表示交变的快慢，也常常用角频率（ω）来表示，这三者之间的关系是 f

2 f （4） TT

需要指出的是：同频率正弦交流电的和或差均为同一频率的正弦交流电。此外，正弦交流电对于时间的导数（要的意义。

di(t)

）或积分（ i(t)dt）也仍为同一频率的正弦交流电。这在技术上具有十分重dt

（3）初相位

交流电t=0时的相位（φ）称为交流电的初相位。它反映了正弦交流电的初始值。它反映了正弦交流电的初始值。在实际电路中由于电流、电压之间的位相不同，电器的平均功率P=U I cos （cos 称为功率因数），cos 越大，电路能量的利用率越高，损耗越小。功率因数是电力工业中需要考虑的一个重要问题。 2．

整流和滤波

整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。（1）整流原理

利用二极管的单向导电性可实现整流。 1）

半波整流

图6.2.1-2中D是二极管，RL是负载电阻。若输入交流电为

ui(t) UPsin t （5）

则经整流后输出电压u0(t)为（一个周期内）： u0(t)=UPsin t 0 t

u0(t) = 0 t 2 （6）其相应的平均值（即直流平均值，又称直流

u0 分量）

2）

全波桥式整流

1T1