交流电和直流电相比它们各自的优缺点是什么?直流交流

军事新闻 2020-06-29131未知admin

  CNABB同事转来的回答贴,是一个很大众化的问题。同事期望回答适当偏理论,笑!我就冲着这个“适当偏理论”来回答吧。

  既然偏理论,此贴的过程超出中学生的知识范围,因此我以简单表达式的定性为主来展开论述。

  我们从图1中看到,直流电压是稳定的,这从直流电压随着时间的推移它的大小和方向都未发生改变。

  我们从图1种看到交流电压也是稳定的,但交流电压的大小和方向随着时间发生周期性变化。

  注意:所谓大小,指的是电压的幅值。我们看到,直流电压的幅值大小始终未发生变化,而在0到T/2半个周期内,交流电压的幅值大小从零变到最大值,然后再从最大值变到零。从T/2到T的后半个周期内,电压的方向改变了,它从零开始变到反方向的最大值,然后再变回到零。

  于是我们定义,直流电流I的值为交流电流i的有效值。同理,我们定义直流电压Udc为交流电压Uac的有效值。

  最有意思的是整流后的直流电压波形,对于中学生来说,他们认为是交流电。其实,这也是直流电,它的准确名称叫做脉动直流。

  所谓直流电,指的就是方向不变的电流或者电压,并且一定要出现在电能供应的环节中。

  至于脉动直流,还有锯齿波、方波等等,我们把这种脉动的直流叫做电脉冲信,以区别于直流电。

  对于半导体电子电的供电,几乎没有例外,都采取直流供电。如若采用交流供电,则必须先行整流滤波,变成稳定的直流电压后再给电供电。

  我们在图2中看到,交流电源经过整流滤波得到直流电源,然后再经过三端稳压器(直流稳压电源)变换,得到合适的直流工作电压供电使用。

  利用这套方法,不管是家用电器也好,是工业也好,甚至连我们手上正在使用的手机以及类似的电子设备,它们内部的供电都是直流电。当然,对于的电子设备,其内部要配套可充电的电池,以实现工作的连续性和稳定性。

  第二,直流磁与交流磁相比更加稳定,重要场合的继电一般均采用直流供电的继电器

  图3中,当线圈通电后,铁芯与衔铁之间会产生电磁吸力。电磁吸力克服反力弹簧的反力,使得衔铁及触点系起吸附在铁芯上。当线圈失电后,衔铁和触点系统则在反力弹簧作用下返回初始。

  由于直流电流是稳定的,直流磁通也是稳定的,直流磁势当然也是稳定的。也因此,把直流电磁系统叫做恒磁势系统。

  也就是说,交流磁的电磁吸力是不稳定的,必须在磁极端面上安装分磁环,使得磁通过零时它的吸力不为零。尽管如此,交流磁中铁芯与衔铁之间还是会出现交流声,并且会发热。

  现在我们知道了为何比较重要的控制系统的工作电源一定要用直流电,其目的就是要让继电器和继保装置稳定地工作。这也是变电站、基站和银行计算机中心的配电系统工作电源都采用直流屏供电的原因。

  左图是电图,我们看到左侧的交流电源E。根据基尔霍夫第二定律,我们可以写出它的微分方程表达式:

  在这里,表达式并不重要。重要的是触头开断后的物理过程。直流交流我们设开关K在t=0时刻打开,于是在K的触头间出现电弧。

  我们知道,电弧其实就是空气原子被电离,它包括电子和正离子。电子是负离子,质量较轻跑得快,丢失了电子后的原子是正离子,它的质量大跑得慢。

  当电压处于正半周时,右图中左侧设为阳极,右侧设为阴极。我们看到正离子从阳极出发奔向阴极,负离子则从阴极出发奔向阳极。由于正离子的质量远远大于负离子,因而正离子跑得慢,它会在阳极附近产生堆积。

  当电压过零时,气体的电离过程停止,正负粒子也都停在原位并复合。残留的正离子堆积在原先的阳极附近。

  当电压进入负半周时,原先的阳极变成阴极,它要发射电子(负离子),然而在阴极附近却存在正离子的层,负离子的发射在很短的一段时间内受阻,电弧的重新起燃也受阻。

  正是有了近阴极效应,所以用于低压交流电的各种开关电器,尤其是低压断器,都具有一定程度的电弧限流特性。这种特性对于直流电来说,却毫无用处,毕竟直流电不存在过零过程。

  在交流配电网中,用变压器变换电压非常方便,这是交流电得到广泛应用的最主要原因之一。

  关于变压器,有一个很重要的值,就是4.44。这个的来源几乎成了职场新人入职首日必考的内容。我来简单解释一下:

  图5是某医院的配电系统图。我们看到TN-S的配电网中用变压器变换为IT接地系统,为手术室供电。如此一来,手术室中哪怕发生了单相接地故障,也不会因此而停电,系统可以继续运行。

  第五,交流电驱动的三相鼠笼式电动机结构简单、性能稳定且工作可靠,比直流电动机更容易控制,得到广泛的运用,由此促进了交流电的广泛运用

  在我的书《低压成套开关设备的原理及其控制技术》表1-22“电动机机械特性”中有如下内容:

  我们看到电动机的转矩T与频率f1成反比。直流交流由此我们可以用变频器来对电机实现调速,非常方便。

  早先还没有变频器时,直流电动机的调速性能优于交流电动机,那时不得不在交流配电网中构建直流系统,用以驱动直流电动机。变频器出现后,这种现象几乎绝迹了。

  第六,交流电驱动的照具,例如日光灯,使用非常普遍,比直流电驱动的照具要方便得多,这也是交流电被广泛使用的原因之一。

  1)当电源接通后,我们看到灯管内是没有通的,所以220V电压就会通过A端和B端的灯丝连接到氖泡Ne上。氖泡内的氖气击穿电压大约在150V到200V之间,现在氖泡两极之间加载的电压是220V,所以氖气被击穿进入辉光区域,并且持续发热。发热使得氖泡内的双金属片电极接触到一起,氖泡电压降瞬间变为零,氖泡内的氖气放电停止,温度迅速下降,双金属片电极打开。

  在直流电源下,氖泡的工作过程和灯管被击穿的过程与交流电源一致。当系统进入正常运行状态时,由于是直流电压电感起不到镇流作用,灯光电压较高,氖泡将再次击穿。

  注意到氖泡的放电与灯管的放电是并联关系。因为灯管放电属于长弧放电,它的功耗大于氖泡放电的短弧,所以灯管放电会熄灭。灯管熄灭后,氖泡会再次点燃它,然后灯管再次熄灭,灯管进入到点燃-熄灭-再次点燃-再次熄灭的循环状态。

  注意,氖泡的放电影响到灯管的放电,可以类推到本贴中第3部分直流电的灭弧。

  在直流电中将两个电弧并联,则较强的电弧将被,甚至熄灭。这种方法是很常见的直流电弧熄灭法。我们看下图:

  图中的H1是主弧隙,我们想象它就是断器的主触头,H2是与H1并联的辅助弧隙。辅助弧隙H2了电阻Rh。

  当主触头和辅助触头分开后,线,所以H1中的电弧会加快熄灭。当H1电弧熄灭后,电弧电流转入到H2弧隙中。由于受到H2的电阻Rh的影响,H2中的电弧也接着熄灭。这样处理后,可以有效地电感L产生的开断过电压。

  简单地说了6条,我们可以看出,题主的主题“到底是交流电好还是直流电好”,这个问题不能简单地下结论,一定要结合实际运用才能得到结果。

  在电能传输和配电方面,交流电已经处于绝对优势地位。在电子线的供电方面,直流电处于绝对优势地位。

  应当看到,在电力输送方面,直流超高压输送电正在发展中,指不定哪一天直流输送电也会成为现实,也是很难说的。

  直流输电是历史上最早的输电方式,但随着电压等级的升高,输电距离的增大,它未能很好的解决电压变化的问题,所以被交流输电所替代。这些年来直流输电重新受到重视,一方面是由于特殊输电方式的需要,如海底城市电缆;另一方面则是由于大功率电力电子器件在技术上有了一定突破。

  1.直流输电线的造价和运行费用低。直流输电线两根导线,交流输电线三根导线,嗯..立省三分之一有木有。由于导线数量少,杆塔承受轻,线走廊占地少。同理,直流输电的有功损耗也少,而且完全没有无功的各种问题!!直流线没有趋肤效应,电晕损耗和干扰也小一些。

  2.直流输电适合两个电力系统的互联。直流输电没有相位差!没有稳定性问题!不会低频振荡!潮流控制更加简单。甚至可以将两个不同频率的电网互联在一起运行,极大提高系统的稳定性。

  3.直流输电更易于实现城市地下和海底电缆输电。直流电缆线几乎没有电容电流,省去了巨大的并联电抗器的投资,对于较长距离的城市地下和海底电缆输电,直流是不二的选择。

  4.直流输电更易于分布式发电的并网运行。以风电来说吧,由于风速的随机性,风力发电初始频率其实也是随机的,目前的方法是要对风电频率进行控制,比如都先变频至50Hz再并网。如果是直接变直流再并网,控制方面会容易很多。当然,王院士提出分频输电技术,都是后话了。

  1.换流站造价不菲。虽然输电线的造价在长距离时直流要少于交流,但是直流换流站的价格要比交流变电站高出很多。当然,当线长度达到一定距离时,整个直流输电的造价就少于交流输电了,即所谓的交直流输电的等价距离。

  2.换流站在运行中消耗大量无功功率。不论是整流还是逆变,换流装置的触发角都不可能是零,电流相位落后于电压相位,需要大量无功补偿装置。

  4.高压直流设备尚未研制出来。当然,2012年的时候ABB研制出了高压直流断器,速度很快,貌似电压等级还不高吧,只记得老师们的说法是:那个技术并不难,我们也可以搞出来。

  说到底呢,到底用什么输电方式完全是看经济性的。在同样的风险条件下,哪个便宜上哪个!

  交流电打败直流电是上世纪的事情。当时交流电胜出的原因只有一个——直流电无法实现长距离输电。当时还没有直流特高压技术。

  但看近十年直流特高压技术的发展,特别是abb在2012年成功研发出直流高压断器后,直流高压输电重燃了希望。

  就费用而言,直流高压输电在长距离输电线km)费用是低于交流输电的。原因是交流输电距离一长,为了保持电压的恒定,就必须进行无功补偿,补偿装置多了费用一下就上去了。而且交流输电带来的谐波问题和频率不稳定问题,直流交流在直流输电中都不存在。

  目前学术界比较多人认同的观点是,未来的输电线是交流输电和直流输电并存的。短距离交流长距离直流。

  因此说,交流电胜于直流电,那只是以前的技术不成熟导致的结果,并不是两种电的本质高下。本质上,两者各有所长,共同繁荣。

  电动机用交流电机性能好,尤其是三相交流电机。特斯拉电动车用的本来是直流电,但它的电动机还是三相交流电机。

  基本同上风电工程师,随着技术发展,远距离大功率输电,直流输电比交流输电有明显的优势,投资少、调节快速、运行可靠、无系统稳定问题。但由于发电是交流,直流输电需要交流变换,输电后还需要逆变,当前还比较复杂,运行管理可能也比较困难,但随着技术发展,这些问题必将能得到解决

  个人觉得随着新能源占比不断增加,火电等传统交流电源减少,直流高压输电技术突破,直流电的前景要比交流电明朗很多。极端一点,完全用直流电替代交流也不是不可能的。

  交流电和直流电各有各的用处,只是目前远程输电和家用电、企业用电这种大型的是交流电,毕竟直流电运输技术还不发达(交流电更容易运输的原因是交流电可以利用变压器很方便的升压来进行长距离输送)。

  而在生活中还有许多用到直流电的,比如手电筒,比如遥控器这些小型的,这时候直流电源便于应用和携带。

  应用领域和场合不同,电网用交流电,绝大多数电器内部都是先把交流变换为直流,再输入内部电的。

  本身非物理专业,留给专业的人来说吧,我就抛个砖:交流电方便变压,可以大规模送电,而且常用的利用高温蒸汽推动涡轮的发电机(火力,核能都是运用这个原理)从设计上来说产生的也是交流电,简单来说就是交流电符合工业上的大规模应用。相比起来直流电的大规模应用就小的多,反而是在小型设备上比较常用,比如锂电池,汽车的蓄电池等。

  直流远距离传输损耗太大,然后一般进去用电器后再转换成直流电给用电器供电的。

  至于应用场合,交流供电一般工厂,大功率电机用的多。直流的话家里用电器一般有主控的都是直流的。

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