2.1 交流电与供配电
2.1.1 直流电与直流电路
（1）直流电
直流电是指电流流向为单一方向的电源，包括直流电流和直流电压。一般由电池或整流电路等作为电源，其电流的方向不随时间变化，也就是说其正负极始终不改变，标记为“DC”或“dc”。
（2）直流电路
在生活和生产中采用电池供电的电器，都是采用直流供电方式，如低压小功率照明灯、直流电动机等。还有许多电器是利用交流-直流变换器，将交流变成直流再为电器产品供电。了解直流电路及相关器件，必须要认识直流电及其直流电路的结构和特点。
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例如，直流电动机驱动电路见图2-1，该电路为典型直流供电电路。
图2-1 直流电动机驱动电路
家庭或企事业单位的供电都是采用交流220V、50Hz的电源，而在机器内部各电路单元及其元件则往往需要多种直流电压，因而需要一些电路将交流220V电压变为直流电压，供电路各部分使用。
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例如，直流电源电路见图2-2。
图2-2 直流电源电路
交流220V电压经变压器T，先变成交流低压（12V）。再经整流二极管VD整流后变成脉动直流，脉动直流经LC滤波后变成稳定的直流电压。
一些电器如电动车、手机、收音机、随身听等是借助充电器给电池充电后获取电池的直流电压。值得一提的是，不论是汽车、电动车的大型充电器，还是手机、收音机等的小型充电器，都需要从市电交流220V的电源中获得能量，充电器将交流220V变为所需的直流电压进行充电的。还有一些电子产品将直流电源作为附件，制成一个独立的电路单元又称为电源适配器。
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例如，常见的利用220V交流供电的设备见图2-3。
图2-3 利用220V交流供电的设备
2.1.2 交流电与交流电路
（1）交流电
交流电是指电流的大小和方向（即正负极性）随时间而变化的电源，包括有交变电流和交变电压，用“AC”或“ac”表示。
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交流电又分为交流电源（作为能量源如照明电灯用的电源）和交流信号（表示信息内容的信号）。
交流发电动机可以产生单相和多相交流电压，如图2-4所示为产生单相、两相和三相交流电压的基本设置。
图2-4 单相交流电压和多相交流电压的产生
（2）单相交流电产生
电源是一个交变电动势的交流电，叫单相交流电。如图2-5所示为交流发电动机，转子是永磁体，定子是线圈绕制在铁芯上构成的，当外部动力使转子磁钢旋转后，定子线圈A和B受到转子的电磁感应便会产生正弦波交流电动势e。将产生电动势的电源称为相，这种发电动机使用由单相和两根电线输出的交流，只产生一组电源的称为单相交流，这种配电方式称为单相二线制。
图2-5 单相交流电的产生
（3）单相交流电路
单相交流电路在日常生活中非常普遍，在我国家庭和小功率的用电设备都是单相交流电路。
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例如，某家庭单相交流电的应用见图2-6。
图2-6 家庭用电器单相交流电路分配图
其中对电压稳定性要求不高的空调器为一个支路（空调支路）；热水器、浴霸等最需要做好保护接地的设备为一个支路（卫生间支路）；微波炉、电饭煲等分为一个支路（厨房支路）。
（4）三相交流电的产生
三相电源的线路中的电压和电流统称三相交流电，这种电源由三条线来传输，三线之间的电压大小相等（380V）、频率相同（50Hz）、相位差为120°。
三相交流电是由三相交流发电机产生的，如图2-7（a）所示。在定子槽内放置着三个结构相同的定子绕组AX、BY、CZ，如图2-7（b）所示，其中A、B、C称为绕组的始端，X、Y、Z称为绕组的末端，这些绕组在空间互隔120°。转子恒速旋转时，其磁场在空间就形成了正弦规律的变化，当转子由原动机带动以角速度ω等速顺时针方向旋转时，在三个定子绕组中，就产生频率相同、幅值相等、相位上互差120°的三个正弦电动势，这样就形成了对称三相电动势。
图2-7 三相交流发电机示意图
（5）三相交流电路
三相交流电路主要用在电力传输系统中，为单相交流电路提供动力源，也可直接用于电力拖动设备用电。
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例如，三相交流电路中的电压关系见图2-8。
图2-8 三相交流电路电压的测量
三相交流电路中，相线与零线之间的电压为220V，而相线与相线之间的电压为380V。
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电流与时间曲线见图2-9。
图2-9 直流/交流电流与时间曲线的示意图
直流电流I与时间t的关系在I-t坐标系中为如图2-9（a）所示的一条与时间轴平行的直线。
交变电流I与时间t的关系在I-t坐标系中为如图2-9（c）所示的一条曲线。
正弦交流电流I是一种最为重要的交变电流，与时间t的关系在I-t坐标系中为如图2-9（b）所示的一条大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化的曲线。
2.1.3 供配电的知识
（1）单相交流供配电电路
只取三相交流电中其中一路相线，就是单相交流电，由火线、零线、地线构成，如图2-10所示。零线是为了与火线形成回路而设的，地线是连接大地的线路，起安全保护作用。
图2-10 单相交流电供配电电路
提示解
三相交流电中的相线，在形成单相交流电的时候，则称为火线。而此时的火线颜色可用红色、绿色或黄色中任意一种颜色的电线表示，零线用蓝色电线，地线则必须用黄绿相间的电线。
单相交流电的传输电线的颜色有着严格的要求，除了火线可以用红色、绿色、黄色三种颜色相互使用以外，其他颜色的电线不能相互替代使用。
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例如，某家庭单相交流电供配电电路见图2-11。
图2-11 某家庭单相交流电供配电电路
单相交流电通过配电箱（一户一表）进入单元住户，再由住户根据家用电器的功率大小以及使用环境的不同进行适当的分支。可按照不同电器的使用环境进行配电分配，即客厅支路、厨房支路、卫生间支路、次卧室支路、主卧室支路。也可以按照家用电器使用功率的大小和使用环境相结合进行配电分配，即照明支路、普通插座支路（电视/电脑）、空调支路、厨房支路、卫生间支路。
（2）三相交流电供配电电路
三相交流电源是发电厂将风能、水能或核能等自然界的能源转换成电能，再经过变电和配电设备，由高压线进行传输，再由送到高压变压器降压，然后再分配到住宅小区及家庭。
三相交流电有三根相线，分别用红色、绿色和黄色的电线传输，而零线则是由蓝色的电线传输，如图2-12所示，地线则是接地保护装置与大地连接而成的，主要作用是对供电系统进行保护，通常采用黄绿相间的电线进行传输。相线送出的电流为家用电器设备供电。当用电设备发生漏电故障时，漏电流接地，对人体有保护作用。
图2-12 三相交流电供配电电路
提示解
三相交流电传输电线的颜色有严格的要求，不能相互替代，更不能将不同颜色的电线掺杂混合使用，否则会有短路或触电事故发生。
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例如，某小区三相交流电供配电电路见图2-13。
图2-13 某小区三相交流电供配电电路
从变压器送来的三相交流电经过地下传输网络送给物业小区楼宇供电控制的配电柜中，配电柜按照三相交流平衡分配的原则，将其分成3路单相交流电，三相交流电每一路给2层楼供电，使得日常生活中实际使用到的为单相交流电。并且由楼宇的接地保护装置提供接地线，以确保家用电器使用者的人身安全。