交流電相位

需要考慮的最后一個重要特性就是相位 ，如圖A-15所示。如果你想知道交流電是如何通過電動機械的方式產生的，你會發現在交流發電機中，相位角與旋轉角相對應。交流發電機隱含的主要電磁現象在后面的A.6.2節中會詳細論述，此處的重點是相位。圖A-19展示了一個單相發電機的簡化原理圖。

圖 A-19　簡化的交流發電機

磁極之間的旋轉線圈（轉子）的輸出電流流過一對滑動環，這就使轉子線圈能一直保持與滑環的接觸。隨著轉子的轉動，線圈對磁場進行切割，從而產生電流。線圈相對于磁場的運動方向決定了電流的方向。

隨著發電機轉子的轉動，輸出電流和電壓會以同樣的速率變化，從而輸出正弦波。輸出電壓是轉子在定子（以及轉子的線圈數）產生的磁場中轉動時與磁場的夾角的函數。圖A-20用圖表形式展示了相位角和發電機轉子旋轉角的關系。注意，插圖中的永磁體（定子的一部分，不會移動）只畫出了一次。轉子的一端用黑色盒子做了標記，以幫助觀察它的旋轉情況。

圖 A-20　相位角和交流發電機旋轉角

圖A-19和圖A-20都討論了單相位的情況。在工業和商業交流供電系統中，經常會用到三相交流電（有些情況下是六相位甚至九相），因為多相交流電路的功率傳輸效率更高，而且多相電動機不需要單相電動機為產生啟動轉矩所用到的外部啟動電路。

相位在交流電路中有很重要的作用。交流信號的一個有趣特性是：當它們組合到一起時，波峰或波谷會疊加或相消，產生的新波形是原波形的代數和。如果兩個頻率完全相同而相位相差180度的交流信號疊加，結果是零：兩者互相抵消了。當一對立體聲音響錯誤接線時，你可以聽見信號不同相 的效果。如果一個信號與另一個相位相反，則相同的頻率互相抵消，剩下不同的頻率。這樣的結果通常是聲音微弱，或者如果人聲在左右聲道中平均分配而樂器伴奏沒有平均分配，那么人聲就會隱藏在背景中，甚至完全消失。這就是噪聲消除耳機的基本原理。

在電子學應用中，大多數交流電路都是單相的，而相位的主要問題包括相位超前或滯后、相移和相位角檢測。雖然我們到現在為止一直在討論電壓相位，但是要注意，電流也有相位，而且它和電壓的相位不需要保持同步。也就是說，一些電路的電壓和電流之間可以存在相位差。