當(dāng)談?wù)撾娏骰螂妷簳r(shí)，這些信號可以分為兩大類：直流和交流。DC 狀態(tài)為“直流電”，該定義重新組合了時(shí)間上恒定的信號：它們的幅度和符號（+ 或 -）保持不變。AC 表示“交流電”，這些信號以一定頻率周期性地在正值和負(fù)值之間交替。交流信號不應(yīng)與隨時(shí)間演變不呈現(xiàn)任何模式的可變信號相混淆。在本教程中，我們將分三個(gè)部分探討交流波形主題。在第一部分中，給出了交流信號的一般介紹以及相關(guān)的重要定義。第二部分將更具體地討論交流信號的生成以及交流電路中存在的重要組件。最后，第三部分重點(diǎn)介紹交流電源應(yīng)用，包括數(shù)學(xué)定義和交流信號在家庭電力分配中發(fā)揮的重要性。
　　推介會(huì)　　交流信號有多種形狀，從正弦波到三角波、方波、斜波等……盡管形狀各異，但它們具有一個(gè)重要的相似之處：周期性。在圖 1中，不同形狀的交流波以藍(lán)色表示，其周期性圖案以紅色表示，突出了周期性。

　　圖 1：不同類型的交流波形　　現(xiàn)在我們可以引入兩個(gè)相關(guān)且重要的定義：頻率和周期。如圖1所示，每個(gè)信號的基本模式（紅色）在一個(gè)時(shí)間單位（一秒）內(nèi)再現(xiàn)五次。該量稱為頻率 (f)，以赫茲或秒的倒數(shù) (Hz=1/s) 表示。周期 (T) 是類似的定義，等于頻率的倒數(shù)：T=1/f。它表示基本模式的持續(xù)時(shí)間，在我們的示例中，我們可以看到該持續(xù)時(shí)間為 0.2 秒，實(shí)際上等于 1/(5 Hz)。值得一提的是，在圖 1所示的不同形狀的交流信號中，正弦波是迄今為止使用最多的。三角形或方形信號可以在特定領(lǐng)域中找到，例如在聲學(xué)放大中。此外，根據(jù)傅立葉的分析，正弦波具有成為任何其他交流信號的“構(gòu)建塊”的特性。事實(shí)上，任何周期信號都可以寫成一系列（無限和）正弦函數(shù)。然而，可以通過該級數(shù)的第一項(xiàng)獲得交流信號的近似值。例如，如前一篇文章中已經(jīng)提到的，圖 1中f=5 Hz的方波信號 sq(t) 的前三項(xiàng)的近似值為：

　　eq 1：方波信號的傅立葉級數(shù)　　我們確實(shí)可以通過在同一張圖上繪制原始平方信號及其近似值來確認(rèn)這一點(diǎn)：

　　圖 2：方波信號的傅里葉近似
　　交流發(fā)電　　渦輪發(fā)電在現(xiàn)代社會(huì)中，交流發(fā)電可以通過許多不同的基礎(chǔ)設(shè)施來完成：水壩、核電站、燃煤電廠、風(fēng)力渦輪機(jī)……盡管它們使用不同的能源，但這些基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的交流信號具有相同的原理。產(chǎn)生交流電的方法稱為渦輪發(fā)電，分兩個(gè)步驟將一次能源（化石燃料、風(fēng)、水運(yùn)動(dòng)……）轉(zhuǎn)換為交流電信號。中間步驟是將初級能量轉(zhuǎn)化為渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)。該生成的流程圖如下圖 3所示：

　　圖 3：基于渦輪機(jī)的交流電發(fā)電流程圖　　如圖3所示，能量轉(zhuǎn)換基于渦輪機(jī)，渦輪機(jī)是一個(gè)機(jī)械部件，也是一種稱為感應(yīng)的電磁效應(yīng)。讓我們澄清一下渦輪和電磁感應(yīng)由什么組成。無需過多討論細(xì)節(jié)，渦輪機(jī)有兩個(gè)主要部件：轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部件，這種旋轉(zhuǎn)是由可以從我們的環(huán)境中獲取的主要能源產(chǎn)生的。定子是固定的，并作為一個(gè)環(huán)圍繞著轉(zhuǎn)子，定子中將產(chǎn)生交流能量。該架構(gòu)如圖 4所示：

　　圖 4：基于渦輪機(jī)的交流發(fā)電的簡單視圖　　轉(zhuǎn)子和定子都可以是具有產(chǎn)生恒定磁場特性的永磁體，也可以是當(dāng)電流通過時(shí)產(chǎn)生相同磁場的電磁體。定子中電信號的產(chǎn)生來自于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的可變磁場。通過電信號在定子中產(chǎn)生相反的磁場，以緩和這一原因。正是這種反作用的電信號成為交流電源。這種效應(yīng)被稱為電磁感應(yīng)或楞次定律。變形金剛在世界范圍內(nèi)，電力以交流形式從供應(yīng)商分配到消費(fèi)者。正如我們將在下一節(jié)中看到的，這是特權(quán)和可能的原因是在交流電路中使用了變壓器。變壓器的簡單描述包括可以傳輸磁場的磁芯和對稱放置在磁芯周圍的兩個(gè)繞組（N 1和 N 2），這兩個(gè)繞組構(gòu)成初級（V 1，I 1）和次級電路（V 2，I 2 )如下圖5所示。由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這種傳輸也是可能的。

　　圖 5：Transformer 的架構(gòu)　　關(guān)于變壓器要記住的最重要的事實(shí)是它們能夠根據(jù)以下公式被動(dòng)改變交流信號的電壓和電流的幅度：

　　eq 2 : Transformer 的身份
　　交流電　　有效值正如我們在上一節(jié)中提到的，每個(gè)人，甚至非科學(xué)家都熟悉我們家中的交流電。除少數(shù)例外，交流電以120V或220V的振幅和50Hz或60Hz的頻率輸送給消費(fèi)者。然而，如果您用萬用表或示波器測量來自插座（在歐洲）的交流信號的電源電壓，您將看到一個(gè)峰值幅度為 220×√2≈310 V 的正弦波。這個(gè)最大幅度稱為峰值，而我們熟悉的 220 V 稱為RMS值（均方根）。為了更好地理解這個(gè)概念，讓我們考慮一下正弦信號的正半波和 t 1、 t 2 ……中的中間值，如圖6所示：

　　圖 6：具有中間值的正半波正弦　　任何周期信號（包括正弦信號）的 RMS 值在半波上定義，例如：

　　eq 3 : RMS值的公式
　　由于圖 6中突出顯示的值 V(t i )的特殊對稱性，正弦波的 RMS 值始終等于：
　　eq 4：正弦信號的 RMS 值　　那么為什么 RMS 值如此重要呢？因?yàn)樗窃谳敵鲭娮瑁娨?、微波……）中消耗的等效直流幅度。它代表我們使用的任何設(shè)備確實(shí)將其視為直流信號的平均值。權(quán)力分配最后一小節(jié)將集中討論一個(gè)問題：為什么電力以交流形式而不是直流形式分布？這個(gè)問題可以通過兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的部分來回答：在較高電壓下觀察到的損耗較少，并且可以（通過變壓器）轉(zhuǎn)換交流電。為了理解關(guān)于損耗的第一個(gè)斷言，讓我們考慮一條承載交流電源信號 (V, I) 的電阻為 R 的傳輸線。請注意，V≠R×I，因?yàn)榻涣餍盘柹上扔趥鬏敗］斎牍β蕿镻 i，輸出功率為Po ，功率損耗記為P l。

　　圖 7：線路中的電力傳輸　　功率值滿足以下方程：P i =V×IP l =R×I 2P o = P i - P l該生產(chǎn)線的效率由比率P o /P i =1-(R×I)/V給出。如果電壓增加，傳輸效率就會(huì)提高。這就是為什么傳輸線不直接傳輸 220 V RMS 值的交流信號的原因，因?yàn)閾p耗太嚴(yán)重了。電力分布在幾百 kV 左右，以最大限度地減少輸電線路的損耗。然而，家庭應(yīng)用中使用的信號要低得多，這就是信號轉(zhuǎn)換非常必要和有趣的地方。事實(shí)上，變壓器的使用允許電力供應(yīng)商降低或升高電壓，如下圖 8所示，該圖指示了配電每個(gè)階段的數(shù)量級：

　　圖 8：配電網(wǎng)絡(luò)示例
　　現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了為什么電力以交流波的形式分布：變壓器可以輕松地升高或降低電力信號，以便將其分配給大量客戶并避免在運(yùn)輸過程中不必要的損失。
　　結(jié)論
　　本教程首先向我們介紹了交流波信號的概念。這些信號可以通過 3 個(gè)因素來表征：
　　幅度峰值：信號從其參考值（0 V 或 0 A）達(dá)到的最大值。
　　頻率或周期：它表示信號重復(fù)的速度
　　模式：它給出了信號的形狀（正弦、三角形、方波…… ）
　　在所有可以生成的不同交流信號中，正弦波是最重要的，因?yàn)樗鼈兪怯蓽u輪機(jī)自然生成的，并且任何周期信號都可以寫成傅里葉級數(shù)。這種電信號的產(chǎn)生已在第二部分中分兩部分介紹。我們已經(jīng)看到，基于渦輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)是在任何基礎(chǔ)設(shè)施中使用的系統(tǒng)，用于收集主要能源并將其轉(zhuǎn)換為交流能源。這要?dú)w功于一種稱為電磁感應(yīng)的物理定律，當(dāng)一個(gè)磁體旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)磁體中時(shí)，該物理定律會(huì)產(chǎn)生交流電流。