簡介
交流電發明最早交流發電機的是法國工程師A.M.皮克西（1832年）以正弦交流電套用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經過數學處理後，化成為正弦交流電的迭加。正弦電流（又稱簡諧電流），是時間的簡諧函式。
當閉合線圈在磁場中勻速轉動時，線圈裡就產生大小和方向作周期性改變的交流電。
現在使用的交流電，一般頻率是50Hz。
我們常見的電燈、電動機等用的電都是交流電。在實用中，交流電用符號"~"表示。
電流隨時間的變化規律，由此看出：正弦交流電需用頻率、峰值和相位三個物理量來描述。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關係以及功率（或能量）的分配問題。由於交流電具有隨時間變化的特點，因此產生了一系列區別於直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現象和規律就複雜了。
簡諧交流電
根據傅立葉級數的原理，周期函式都可以展開為以正弦函式、餘弦函式組成的無窮級數，任何非簡諧的交流電也可以分解為一系列簡諧正餘弦交流電的合成。
頻率交流電的頻率是指它單位時間內周期性變化的次數，單位是赫茲（Hz），與周期成倒數關係。日常生活中的交流電的頻率一般為50赫茲，而無線電技術中涉及的交流電頻率一般較大，達到千赫茲（KHz）甚至兆赫茲（MHz）的度量。
有效值
交變電流的有效值是根據電流的熱效應來規定。讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果他們在相同的時間內產生的熱量相同，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。
各種使用交變電流的用電器上所標的額定電壓，額定電流值都是指交變電流的有效值。
各種交流電流表和交流電壓表的測量值也都是有效值。
計算保險絲的熔斷電流也用有效值。
峰值
交變電流的峰值是交流電流在一個周期內所能達到的最大值。
矩形線圈在勻強磁場中繞垂直與磁場的轉軸轉到與磁感線平行時，感應電動勢有最大值Em=NBSω。交變電流的最大值可以用來表示電流強弱和電壓高低大小。
概念
交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化而且在一周期內的平均值等於零的電流叫做交變電流（alternating current),簡稱交流（AC)。物理特性
大小和方向都隨時間作周期性變化而且在一周期內的平均值等於零的電流叫做交變電流，這是明文規定，由此可知：⒈交變電流是一定要有恆定的周期
⒉改變方向改變大小的電流只要做周期性變化，且在一周期內的平均值等於0，就是交變電流
⒊改變大小而不改變方向的電流一定不是交變電流
⒋在一個周期內電壓U、電流I發生一次周期性變化
產生方法：閉合線圈在勻強磁場中繞與磁場垂直的軸勻速轉動
物理變化規律
交變電流e=Em sin wt ⑴ e=nBSw×sinwt （n是匝數，B是磁場強度，S是面積，w是角速度）
從中性面開始轉動用上述公式，若從中性面的垂直面開始轉動則用e=Em Coswt
式中Em是個常數，表示電動勢可能達到的最大值，叫做電動勢的峰值（peak value),w是發電機線圈轉動的角速度.
由於發電機的電動勢按照正弦規律變化，所以單個負載為電燈等用電器時，負載兩端的電壓u，流過的電流i，也按正弦規律變化，即
Em=nBSω Im=Em/R總=nBSw/(R+r)
u=Um sin ωt ⑵
i=Im sin ωt ⑶
式中Um和Im 分別為電壓和電流的峰值，而e,u,i則是這幾個量的瞬間值.
這種按正弦規律變化的交變電流叫做正弦式交變電流，簡稱正弦式電流（sinusoidal current).
正弦式電流是最簡單最基本的交變電流.電力系統中套用的大多是正弦式電流.
正弦式電流的有效值 I U 與峰值 Im Um 之間有如下關係
I=Im/(根號2）=0.707Im
U=Um/（根號2）=0.707Um
公式I=Im/根號下2 u=Um/根號下2，還有其他交變電流，上述只是電動勢按照正弦規律變化的正弦交變電流
正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值，特別要注意它們之間的區別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬時值用e表示，平均值用 表示。它們的關係為：，e=Emsinωt。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求：。特別要注意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可混淆。
生活中用的市電電壓為220V，其最大值為Um=220（根號2） V=311V，頻率為50HZ，所以其電壓瞬時值的表達式為u=311sin314tV。
周期與頻率
交變電流的周期和頻率都是描述交變電流的物理量。
周期T
交變電流完成一次周期性變化所需的時間，單位是秒（s）。周期越長，交變電流變化越慢，在一個周期內，交變電流的大小和方向都隨時間變化。頻率f
交變電流在1s內完成周期性變化的次數，單位是赫茲（Hz），頻率越大，交變電流變化越快。
T、f、w三者之間的關係
T=1/f,f=1/T,w=2π/T=2πf
相位
在交流電中i=Imsin（ωt+α）中的（ωt+α）叫做相位（位相角）。它表征函式在變化過程中某一時刻達到的狀態。例如，在階段，當ωt+α=0時達到取零值的階段，等等。α是t=0時的位相，叫初相。在實際問題中，更重要的是兩個交流電之間的相位差。圖3－18畫出了電壓ul和u2的三種不同的相位差。圖3－48a中可看到兩個電壓隨時間而變化的步調是一致的，同時到達各自的峰值，又同時下降為零。故稱這兩個電壓為同位相，也就是說它們之間的相位差為零。3－48b中兩個電壓隨時間變化的步調是相反的，u1為正半周時，u2為負半周，u1達到正最大值時，u2達到負的最大值，則這兩個電壓的位相相反，或者說它們之間的位相差為π。圖3－48c中兩個電壓的變化步調既不一致也不相反，而是有一個先後，它們之間的位相差介於0與π之間。從圖3－48c中可以看出u1和u2之間的位相位是π/2。總之，兩個交流電壓或電流之間的相位差是它們之間變化步調的反映。
交變電流的有限值
交變電流dW=i^2*R*dt
在一個周期內交流電在電阻上產生的總熱量
而直流電I在同一時間T內在該電阻上產生的熱量
根據有效值的定義有
所以有效值W=i^2Rt=A^2Rsin^2（ωt+φ）
可見正弦交流電的有效值等於峰值的0.707倍。通常，交流電錶都是按有效值來刻度的。一般不作特別說明時，交流電的大小均是指有效值。例如市電220伏特，就是指其有效值為220伏特。
力傳輸
交流電被廣泛運用於電力的傳輸，因為在以往的技術條件下交流輸電比直流輸電更有效率。傳輸的電流在導線上的耗散功率可用P=I²R（功率=電流的平方×電阻）求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸的電流或電線的電阻。由於成本和技術所限，很難降低目前使用的輸電線路（如銅線）的電阻，所以降低傳輸的電流是唯一而且有效的方法。根據P=Ⅳ（功率=電流×電壓，實際上有效功率P=Ⅳcosφ），提高電網的電壓即可降低導線中的電流，以達到節約能源的目的。而交流電升降壓容易的特點正好適合實現高壓輸電。使用結構簡單的升壓變壓器即可將交流電升至幾千至幾十萬伏特，從而使電線上的電力損失極少。在城市內一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬至幾千伏以保證安全，在進戶之前再次降低至市電電壓（中國、香港220V）或者適用的電壓供用電器使用。一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對於一般用戶只使用其中的一或兩條相線（一條時需要零線）。
近年來直流變壓及輸電技術取得了長足的發展，而高壓直流輸電的浪費會比較小；因此未來有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉換問題。
火線和零線
零線始終和大地是等電位的，因此交流電的火線的一個完整周期就是，如果在0秒時與零線電位相同，火線上對地電壓為0；過0.005秒後，火線上對地電壓達到最大（峰值）為高於大地；再過0.005秒，火線上對地電壓又降為0；再過0.005秒，火線對地電壓降到最低點，零線對火線達到峰值；再過0.005秒，又重新上升到與零線電位相同，火線上對地電壓為0。
可以看出，交流電雖然隨周期改變電流方向，但零線對地電壓始終是相同的，為0。接用電器後零線有電流，電流變化規律與電壓相同。變壓器
變壓器副線圈共有N2匝，總感應電動勢
電源電壓是按正弦函式規律變化的，因此鐵心中的磁感應通量φ也將按正弦規律變化，設
其中φm為鐵心中交變磁感應通量的峰值。因此
其中ε1m=ωN1φm，為ε1的峰值。其有效值為
同樣其中ε2m=εN2φm，為ε2的峰值。其有效值為
所以 即變壓器的原、副線圈中感應電動勢的有效值（或峰值）與匝數成正比。在實際的變壓器中，原、副線圈都是用漆包線繞制的，其電阻r很小，故可略去由於線圈電阻而引起的電壓降Ir。這樣線圈兩端的電壓在數值上就等於線圈中的感應電動勢。原線圈兩端的電壓即是變壓器的輸入電壓U1，故
U1≈ε1
同樣副線圈兩端的電壓就是加在負載上的變壓器的輸出電壓U2，即
U2≈ε2
因此上式說明：變壓器的輸入電壓與輸出電壓之比，等於它的原、副線圈匝數之比。這是變壓器的最重要的一個特性。當N2>N1時U2>U1，這時變壓器起升壓作用；當N2中原有的磁感應通量Φ的變化，從而使原線圈中的尖電動勢ε1變小。但由於輸入電壓U1是不因變壓器有無負載而改變，故變小的ε1便不再與U1平衡，結果將使原線圈中的電流比空載時大，設電流增大了I′，這一電流也在鐵心中產生一附加磁感應通量Φ1′，以補償Φ2′對原線圈電路的影響。當Φ1′和Φ2′兩者的數值相等時，鐵心中的磁感應通量又恢復到原來的值Φ，原線中的感應電動勢也恢復到原來的值ε1，於是ε1又和U1相平衡，整個電路又恢復到平衡狀態。因為Φ1′是由磁通勢N1I1′，Φ2′是由磁通勢N2I2引起的，故只有當
N1I1′=N2I2，
Φ1′和Φ2′才能相互抵消。這時原線圈中的總電流I1=I10+I1′。當變壓器接近滿載（即負載電阻較小、變壓器接近它的額定電流）時，I1>>I10，故I1≈I1′。於是
N1I1=N2I2
即上式說明：變壓器接近滿載時，原、副線圈中的電流與它們的匝數成反比。對於升壓變壓器來說N2>N1，故I2 I1，即電流變大。通常所說“高壓小電流，低壓大電流”就是這個道理。這也符合能量守恆定律。其變壓器的輸入功率應等於輸出功率。電壓升高，電流必然以相應的比例減小。否則便破壞了能量定恆與轉化定律。變壓器的種類很多，常用的幾種是：電力變壓器，電源變壓器，耦合變壓器，調壓變壓器等。
變壓器
【電力變壓器】這種變壓器是用於輸電網路。因為輸電線上的功率損耗正比於電流的平方，所以遠距離輸電時，就要利用變壓器升高電壓以減小電流。這種高電壓經高壓輸電線傳送到城市、農村後，再用降壓變壓器逐級把電壓降到380伏特和220伏特，供一般的用電戶使用。電力變壓器的容量通常較大。都是一些大型的變壓器。【電源變壓器】不同的電子儀器和設備以及同一儀器電路的不同部位往往需要各種不同的電壓，如電子管的燈絲電壓是6.3伏特，其板極電壓需要300伏特；各種電晶體的集電極工作電壓是幾伏至幾十伏；示波管的加速極電壓達3000伏特等等。通常都用電源變壓器將220伏特的市電電壓變到各種需要電壓。
【耦合變壓器】所謂耦合，在物理學上指兩個或兩個以上的體系或兩種運動形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯合起來的現象，例如兩個線圈之間的互感是通過磁場的耦合。無線電線路中常用作極間耦合的變壓器，如收音機的中周、輸入變壓器、輸出變壓器都屬於這一類，稱為耦合變壓器。耦合變壓器的作用是多方面的，它還可以用來達到阻抗匹配等。
【調壓變壓器】亦稱為“自耦變壓器”在生產和科學研究中，常需要在一定範圍內連續調節交變電壓，供這種用途的變壓器叫做調壓變壓器。通常調壓變壓器就是一個帶有鐵心的線圈，線圈由漆包線繞成，以便滑動觸點c能在各匝上移動，從而在c、b兩端獲得可調的交流電壓。如圖3－59所示。大容量的調壓變壓器也用於輸電網路，以調節電網中的電壓。
濾波電路
雖然整流器輸出電壓的極性永遠一定，把交流電變為直流電，但此種電壓是脈動的，並不能作為直流電壓使用（如作電子管的直流電源），這是因為整流器本身輸出的電壓是脈衝或稱漣波狀。此種具有漣波狀的整流器輸出電壓，在加於電子管的板極，往柵或控制柵電路前，必須先將漣波消除，使此電壓平穩而幾乎無脈動才行。為使整流器輸出電壓平穩，必先通過濾波器網路予以濾波，濾波電路是由電容器及扼流圈所構成，如圖3－66所示。當電容器的外加電壓增加時，電容器靠儲存其內的靜電場能量，以抵抗此增加的外加電壓。但當外加電壓降低時，電容器就將其蓄存的靜電場的能量變為電壓或流動的電流，作為外加電壓降低時的補償。整流器所輸出的脈衝能量可蓄存於電容器的電場中，而在整流器所輸出的兩脈衝間，電容器緩慢的放電，因而經此電容器所輸出的電壓，其不穩定的漣波大為減小。這就是濾波電路要把一個電容器和整流器負載電阻並聯的原因。當加於電感線圈（扼流圈）的電流增大，扼流圈靠存於其中磁場的能量以抵抗此電流的增加。但當流過扼流圈的電流減小時，扼流圈就將其磁場中所儲存的能量變為電流，以繼續維持電流的流動。因此將扼流圈與整流器的輸出端及負載串聯，可減小負載電流及電壓的突然變化。與整流器輸出端相串聯的扼流圈，其作用也可由另一觀點看：扼流圈對直流電而言，電阻（所謂的直流電阻）低，然而對交流電流（整流器輸出電流帶有變化的漣波電流）而言，阻抗（所謂的交流阻抗）非常高，因此直流較易於通過扼流圈，而在交流漣波通過時，漣波則被減小。
濾波器濾波器是由電感器和電容器構成的網路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中，即藉助此網路濾淨脈動直流中的漣波，而獲得比較純淨的直流輸出。最基本的濾波器，是由一個電容器和一個電感器構成，稱為L型濾波。所有各型的濾波器，都是集合L型單節濾波器而成。基本單節式濾波器由一個串聯臂及一個並聯臂所組成，串聯臂為電感器，並聯臂為電容器，如圖3－67所示。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L型及π型兩種。就L型單節濾波器而言，其電感抗XL與電容抗Xc，對任一頻率為一常數，其關係為
XL·Xc=K2
故L型濾波器又稱為K常數濾波器。倘若一濾波器的構成部分，較K常數型具有較尖銳的截止頻率（即對頻率範圍選擇性強），而同時對此截止頻率以外的其他頻率只有較小的衰減率者，稱為m常數濾波器。所謂截止頻率，亦即與濾波器有尖銳諧振的頻率。通帶與帶阻濾波器都是m常數濾波器，m為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函式。每一m常數濾波器的阻抗與K常數濾波器之間的關係，均由m常數決定，此常數介於0～1之間。當m接近零值時，截止頻率的尖銳度增高，但對於截止頻的倍頻之衰減率將隨著而減小。最合於實用的m值為0.6。至於那一頻率需被截止，可調節共振臂以決定之。m常數濾波器對截止頻率的衰減度，決定於共振臂的有效Q值之大小。若把K常數及m常數濾波器組成級聯電路，可獲得尖銳的濾波作用及良好的頻率衰減。
三相交流電
一般家庭用電均為單相交流電，然而電流的大規模生產和分配以及大部分工業用電，則都是以 三相交流電路的形式出現。高壓輸電線，通常是四根線（稱為三相四線，其中有一條線為中線）。本質上還是三根導線載負著強度相等、頻率相同、而相互間具有120度相位差的交流電。所以代表這三根導線電壓變化的曲線為相同頻率的正弦波，位相互相錯開三分之一個周期。對這三根導線分別對接地線的電壓叫做“線電壓”，圖3－68中以實線R、S和T代表。三線中每兩根線之間的電壓叫做“相電壓”，圖3－68中虛線S－T、T－R和R－S所示。相電壓和線電壓對時間的變化以正弦曲線表示，峰值和有效值之間的關係完全與單相交流電之關係相同，即
圖中零線以上至兩條水平細線的高度表示相電壓和線電壓的有效值Uf和UL。它們之間的關係為
三相輸電線的電壓值常指線路電壓的有效值。三相系統的主要優點在於三相電動機的構造簡單而堅固。全世界均由這種電動機作為機械動力。
三相發電機
這種發電機由定子和轉子兩部分組成。轉子是一個電磁鐵。定子裡有三個結構完全相同的繞組，這三個繞組在定子上的位置彼此相隔120°，三個繞組的始端分別用A、B、C來表示，末端分別用X、Y、Z來表示。當轉子勻速轉動時，在定子的三個繞組中就產生按正弦規律變化的感應電動勢。因為轉子產生的磁場是以一定的速度切割三個繞組，所以三個繞組中交變電動勢的頻率相同。由於三個繞組的結構和匝數相同，所以電動勢的最大值相等。但由於三個繞組在空間相互位置相差120°，它們的電動勢的最大值不在同一時間出現，所以這三個繞組中的電動勢彼此之間有120°的位相差，其數學表示為
eA=Emsinωt
eB=Emsin（ωt-120°）
eC=Emsin（ωt-240°）
電動勢變化的曲線如圖3－70所示。發電機中的每個繞組稱為一相。AX繞組為A相繞組，BY繞組稱為B相繞組，CZ繞組稱為C相繞組，在電氣工程中，通常用黃、綠、紅三種顏色分別標出。圖3－69中的發電機定子有三個繞組，能產生三個對稱的交變電動勢，所以稱為三相交流發電機。
單相交流電
在電路中只具有單一的交流電壓，在電路中產生的電流，電壓都以一定的頻率隨時間變化。 比如在單個線圈的發電機中（即只有一個線圈在磁場中轉動）。線上圈中只產生一個交變電動勢
e=Emsinωt
這樣的交流電便是單相交流電。
交變電流公式總結
1.電壓瞬時值e=Emsinωt電流瞬時值i=Imsinωt;(ω=2πf)2.電動勢峰值Em=nBSω=2BLv電流峰值(純電阻電路中)Im=Em/R總
3.正(余)弦式交變電流有效值：E=Em/(2)1/2;U=Um/(2)1/2;I=Im/(2)1/2
4.理想變壓器原副線圈中的電壓與電流及功率關係
U1/U2=n1/n2;I1/I2=n2/n2;P入=P出
5.在遠距離輸電中,採用高壓輸送電能可以減少電能在輸電線上的損失損′=(P/U)2R;(P損′:輸電線上損失的功率，P:輸送電能的總功率，U:輸送電壓，R:輸電線電阻)
6.公式1、2、3、4中物理量及單位：ω:角頻率(rad/s);t:時間(s);n:線圈匝數;B:磁感強度(T);S:線圈的面積(m2);U輸出)電壓(V);I:電流強度(A);P:功率(W)。
注:
(1)交變電流的變化頻率與發電機中線圈的轉動的頻率相同即:ω電=ω線，f電=f線;
(2)發電機中,線圈在中性面位置磁通量最大,感應電動勢為零,過中性面電流方向就改變;
(3)有效值是根據電流熱效應定義的,沒有特別說明的交流數值都指有效值;
(4)理想變壓器的匝數比一定時,輸出電壓由輸入電壓決定,輸入電流由輸出電流決定，輸入功率等於輸出功率,當負載的消耗的功率增大時輸入功率也增大，即P出決定P入;
(5)其它相關內容：正弦交流電圖象/電阻、電感和電容對交變電流的作用
