正弦交流電是指大小和方向隨時間按正弦規律變化的電動勢、電壓和電流。正弦交流電的三要素是最大值、角頻率、初相位。

一、正弦交流電動勢的產生原理

如上圖所示，當導體在位置1時，導體運動方向和磁場方向平行，二者的夾角a為零度，不切割磁場，即不產生電動勢，故通過水平軸線構成了中性面。當導線轉到位置2時，二者夾角a為45°，則相對運動的垂直分速度為 vsina，產生的電動勢方向按右手定則判定為朝向讀者。當導線轉到 3位置時，運動方向恰好與磁場垂直，夾角 a為90°，垂直分速度為最大值，其電動勢也達到最大值，方向仍然朝著讀者。當導線繼續旋轉到夾角大于 90°以后，直分速度 vsina 就要逐漸減小，電動勢也隨著減小。到位置5時，夾角為 180°，電動勢又減小到零。當轉過位置5 以后，由于夾角大于180°。垂直分速度的方向改變了。電動勢的方向也隨著改變為離開讀者，大小隨a角增加而增加。轉到位置7時，電動勢達到反向最大值。當夾角大于 270°后，電動勢又逐漸減小，直至位置1時，電動勢又減小到零。當導線繼續旋轉時，導線內的電動勢就重復上述的變化，其表達式為

e=BLvsina=Emsina

式中e--感應電動勢的瞬時值，V；

B--磁場的感應強度，T；

L--導體處于磁場中的有效長度，m；

v--相對運動速度，m/s；

a--是導線旋轉到任一位置時，與磁場中性面的夾角，用電角度表示 （°）；

Em--感應電動勢的最大值，V。

由上可知，正弦交流電動勢是應用電磁感應的原理產生出來的。

二、正弦交流電的瞬時值、最大值和有效值

1、瞬時值

交流電路中，每瞬時的電動勢、電壓和電流的數值叫做電動勢、電壓和電流的瞬時值，分別用字母e、u和i表示。

2、最大值

瞬時值中最大的數值，叫做交流電的最大值或叫振幅，用字母 Em、Im、Um表示。

3、有效值

用與熱效應相等的直流電流值表示交變電流值的大小，這個電流值稱為交流電的有效值，用大寫字母E、U和I表示。

通過計算可知，正弦交流電的有效值等于交流電的電流、電壓、電動勢最大值Im、Um、Em 的 1/√2，即

I=0.707Im或Im=1.41I；

U=0.707Um或Um=1.41U；

E=0.707Em或Em=1.41E；

通常所說的交流電的數值及交流機電產品銘牌上的額定值都是指的有效值。

三、周期、頻率和角頻率

1、周期

交流電每交變一次(或一周)所需的時間叫做周期，用符號T表示。其單位名稱為秒，單位符號為s。

2、頻率

每秒內交流電交變的周期數或次數叫做頻率，用符號f表示，其單位名稱為赫茲，單位符號為Hz。周期和頻率互為倒數關系。

3、角頻率

角頻率是單位時間內變化的電角度，符號為ω，單位為rad/s。導線旋轉一周，空間只有一對極時角度變化 2π 電弧度，所需時間為一周期T，即

ω=2π/T=2πf。

對 50Hz 的工頻交流電，其角頻率 ω=2πf=314rad/s。

頻率、周期和電角頻率都是反映交流電重復變化快慢的物理量。

四、相位、初相位和相位差

1、相位

比較兩個正弦變化電動勢的差別， 除要考慮其大小(最大值 Em)和快慢(角頻率)之外，還要考慮其先后的次序，也就是要看兩個正弦電動勢的最大值是不是在同一時刻出現，即通常所說的相位，也叫做相角。

上圖所示是兩個相位不同的交流電動勢。

e?=Emsin (ωt+φ)

e?=Emsinωt

其中，(ωt+φ) 及ωt 是表示正弦交流電瞬時變化的一個量，稱為相位或相角，不同的相位對應不同的瞬時值。

2、初相位

t=0時的相位，稱為初相位或初相角。上圖所示的e?，其初相位為φ，e?的初相位為零，初相位與記時起點有關，因此可正、可負，也可以為零。

3、相位差

在任一瞬時，兩個相同頻率正弦交流電的相位之差叫做相位差。可見，相位差就是初相位之差，它與時間及角頻率無關。上圖所示的兩電動勢的相位差為φ。

五、相位的超前、滯后、同相和反相

當相位差為零時，它們的初相位相同，即表明兩個交流電同時達到零值或最大值，這叫做同相。若一個交流電比另一個交流電早到零位或正的最大值，則前者叫做超前，后者叫做滯后。如果二者相位差為180°，即表示同時到達零位或符號相反的最大值，叫做反相。

應注意，只有相同頻率的正弦量之間，才有相位差、超前、滯后等概念。頻率不同，在相位上不能進行比較，并規定超前或滯后的角度數不超過π。