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电为什么要分交流电和直流电

浏览次数:910发布日期:2018-01-18

网友1

有没有想过,为什么手机充电插头比一般插头大?

这个问题如我今天看到另外一个问题:为什么纸飞机飞起来要哈一口气,我想了想觉得,我就是知道但是不知道怎么知识性的传播。这里整理一下。

其实严格来讲,这个“插头”叫开关电源适配器,目的是将电网传来的交流电转换为直流电传输进电子设备中。笔记本电脑的电源适配器更大,冬天暖手更方便~

那为啥要把交流电换成直流电呢?让我们从头讲起。

电是一种自然现象。电荷静止或移动会产生很多有意思物理现象,比如雷雨天气中会看到的闪电、冬天脱毛衣的时候噼里啪啦的火花。后来,科学家们从各种电效应中发现规律,于是发明出了电池、发电机、电动机。

先用直流电,还是先用交流电?

220伏/50赫兹交流电是我国的供电标准,所以很多人都以为家用电器用的都是交流电。至于直流电,大概除了那句广告中会念叨的“直流变频空调”,想不到其他的了吧。

其实,直流电应用很广泛,你肯定见过,也用过。比如:

定义

直流电,是指方向不随时间发生变化的电流。

交流电,是指大小和方向都发生周期性变化的电流。

从示波器观测,一个是直的,一个弯的……

反正都是电,感觉差别不大?

No~ No~ No~

让我们翻开历史,讲点八卦!

直流电,是电力革命急先锋。在早期的电磁学实验中,人们总是想方设法把产生的电能转变为直流电。

1879年,托马斯˙爱迪生制成*只碳丝白炽灯,吸引了大量投资。此后,小爱同学一路顺风顺水,1882 年的一个夜晚,110 伏的直流电输送到纽约曼哈顿整个街区……大家终于可以扔掉煤油灯啦~

然而,直流输电的弊端也随着使用范围的扩大而逐渐显现:电压不变的情况下,供电距离的增加和用户的增长加剧了线路损耗。小型直流中心电站供电区域于2公里不到的方圆内。

因为损耗量=电流²✕电阻,所以减小电流就能减少损耗。

在传输功率保持不变的情况下,电流和电压成反比,所以,提高电压就能减小电流,减小损耗。

当时高压直流技术尚不成熟,直流电变压比较复杂。这时候,塞尔维亚小青年尼古拉˙特斯拉背着书包,跨越大洋奔向偶像爱迪生。他有一个不太成熟的小建议——交流输电。交流电机比直流电机结构更简单,容易变压,可以简单、经济、可靠地解决提高输电电压的问题。

可是,这个建议被霸道总裁拒绝了。有人说是因为小爱同学没上过几天学,不懂高数,交流电对他来说有点抽象。为了阻挠交流电发展,爱迪生除了当众做交流电电死动物实验、发动媒体报道交流电事故,还促成电椅的发明——用交流电执行死刑。

当然,在这场交直流之争中,具有远距离输电优势的交流电还是赢了。(注意哦,这里讲的是输电。)

交流电、直流电,到底谁更好?

随着线路电压不断提高,输送功率和输送距离不断增大,直流电又得到工程师们的青睐。因为直流电不需要整流滤波,没有相位差,比较稳定。直流电如何升压呢?简单讲,升压工作交给交流做,交直流再转换一下就好啦~而且,从经济性上看,虽然直流换流站比交流输电的变电站造价高,但是直流线路只要正、负两根线,交流线路三相需要三根线,直流线路造价更低,所以距离越长,越适合直流输电。

例目前世界上电压等级zui高的输电工程就是直流工程——±1100千伏准东—皖南工程。工程线路全长3324公里,比哈尔滨到海口的直线距离还长。

在输电领域,一般超过30公里的水下电缆、 两个交流系统之间的异步联接也都是用的直流电。

交流电和直流电各有特点,有人打比方说,交流电像高速铁路,直流电像空中飞机,一个中途可以停车,一个点对点飞。用哪个,要具体问题具体分析。

家用电器为啥要用直流电?

回到家用电器领域,IT产品(如手机、电脑)和绝大多数家电内部均使用直流电。因为笔记本和手机要求轻便,所以整流器放在外面,而台式电脑、冰箱、空调等就把整流器放到了电器内部了。

为什么?回到本质,直流电是连续不断从正极流向负极,交流电是波动的。而电子元器件是通过识别高低电位来工作的,例如电脑,有电位为1、无电位为0,交流电本身就会有过零点的电位,这样电子元器件就无法进行正确的逻辑判断。

电学是一门不断发展的复杂学问,这篇文章显然是无法详细说明每一种情况的。但是,如果女朋友问“带手机充电插头了吗?”你可以从容地拿出这篇文章,纠正道:“亲爱的,这个叫电源适配器。”——来自单身狗的建议。

 

网友2

其实这个问题早在爱迪生时期就出现了,爱迪生作为白炽灯的,当时在每个人的心目中都是无比崇高的地位,而他本人是一个直流电的拥护者,毕竟他的灯就是用直流电点亮的,还是不能忘本啊。。而这时在他的手下又出现了一位天才,他就是电动汽车品牌创始人、又一位伟大的科学家——尼古拉·特斯拉。

这个阿特啊,就建议这个小爱领导去做一下交流电试试,然而小爱这个时候已经是飘的不行了,心想一个小喽啰的话我怎么能听呢,于是乎,阿特就抛弃小爱领导单飞了,并且成功发明了交流发电机。后来,小爱一听这情况当时就不干了,就各种争论各种诋毁,发动所有人脉打压阿特,然而当时的广大劳动人民也不傻,毕竟都知道“不看广告看疗效”,而就当时的科技水平当然是交流电比较好。

因为大家知道P=UI,如果是通过直流电向各家各户输电,随着用电人数的增加,若想提高输送功率,就得增加U或者I,而家用电器无法承受过大的电压,只能通过提高I,而当I提高,就会增加能量损耗,主要是产热较大,同时还要通过增粗导线防止烧断,所以直流电进行远距离输送时既损耗能量又损耗材料,因此直流电当时只能进行短距离低压输电。而交流电采用的交变电流可以通过变压器进行升压从而形成高压输电的方法,使得热损耗很低,从而可以进行远距离输电,然后通过降压器使其降低至家用电压水平,从而使得送电效率提高了很多,深受各位吃瓜群众的好评。而在此之后的很长一段时间内,都是通过交流发电送电。但随着时间的推移,在各路豪杰的带领下,我们发现交流电在高压输电过程中也会有着不小的损耗。首先,交流电有趋肤效应,中心那部分材料等于浪费;其次,在导体内部会有涡流产生,发热,损耗电力;还有就是交流电是交变电流,根据麦克斯韦电磁理论,要产生电磁辐射,高压下的电磁辐射是很强的,特别是穿越城市的高压线对人体是有危害的。而高压直流电就没有这些弊端,它的电流不是交变的,没有趋肤性,也没有涡流,电力损耗只有产生的电阻热,损耗较小,也没有强大的电磁辐射。此外,三相交流电至少需要三根导线输送,而直流只要二根,可以节约昂贵铜和建高压铁塔材料;在通过地下电缆或者海底电缆输送高压电时,由于电缆与大地和海水是存在电容的,而交流电是可以通过电容的,也会造成损耗;还有,我国虽然都是50赫兹的交流电,但是各发电厂的交流电不可避免的会存在一些相位差,造成并网困难,而直流电就没有上述问题。

因此,到目前为止,我们发现交流直流各有利弊,交流电在配电方面更加灵活,可以通过变压器进行合理的升压或降压,而直流电在高压输电方面有着压倒性的优势。

 

网友3

这个要从人类研究的电场历史说起。

在1831年法拉第英国科学家法拉第发现电磁感应定律以前,人类认识的电其实只有电荷简单移动形成的直流电。但是,法拉第等科学家通过实验和理论都证明,通过动磁可以生电,而这种电与电荷简单移动形成的电完全不一样。简单说就是这样的电是动电,还可以继续形成动磁,动磁又可以继续生成动电,这样循环往复,就可以形成形成电磁场,其向外传播就形成电磁波。而这一切又被麦克斯韦总结成了电磁场基本规律方程式:

这一方程组中明确的给出了直流电形成的原理,即*组方程组,电荷可以形成可以向四周扩散的电场,这就是直流电的来源。而第三组方程组则给出了交流电的来源,变化的磁场可以产生交流电。而赫兹则将上述理论变成了可操作的电磁波发射与接收:

如图所示,赫兹通过给线圈断电,而产生变化的磁场,从而激发变化的电场,并通过金属板发射出去,并在另一端用金属圈接收,从而在人类历史上*次完成了电磁波的发射与接收。

此后,这一技术迅速发展,人类由此发明了电报、、收音机、电视机、互联网、手机等等,真正实现了中国古代神话传说中的“千里眼、顺风耳”,而这些都是直流电,所不能完成的,而现实生活中,我们的家用电器中,用直流电的可能只有手电筒了吧!因此,可以说没有交流电,就没有现代科技的发展,就没有人类如今美好的生活。

网友4

我不用说什么爱迪生和特斯拉的电流战争,只作为从小在电厂边吸着煤灰和雾霾长大的人,简要介绍一下火力发电的过程,来说明为什么历史选择了交流电作为电能的主要形式。

火力发电分为三大机组,首先是锅炉机组,煤炭在这里燃烧,给水加热,目的是为了产生水蒸气。发电厂那种矮粗的水泥大烟筒实际上是冷水塔,冒出的白色气体是水蒸气。细长的烟囱冒出的才是煤烟,导致雾霾。产生水蒸气之后,热水如果都放到冷水塔比较浪费,在冬天可以直接给城市供暖,所以现在北方的火电站大多是热电厂,同时起到发电和供热的双重作用。

第二个机组是汽轮机组,由锅炉机组产生的水蒸气进入汽轮机,吹动叶片,使汽轮机以50Hz的频率旋转。这个是*次工业革命(蒸汽动力)留给第二次工业革命(电力)的遗产。

第三个机组就是电机组,由汽轮机带动的线圈在永磁体的磁场中旋转,通过法拉第电磁感应现象产生周期性的交变电流,就是我们通常说的交流电。电机组的输出就是50Hz的交流电,进入经过电缆升压远距离传输,再用变压器降压进入千家万户。

这样为什么选择交流电就比较清楚了,因为水蒸气带动汽轮机的旋转是周期性的,使得电机里线圈在磁场中周期性转动,产生了交流电。这个是对*次工业革命的主要动力蒸汽机的直接继承,成本要比直流发电低,效率也更高。

除了火力发电之外,有很多其他发电技术,但无论是水力发电,还是风力发电,只是把火力发电的锅炉和汽轮机组换成水流驱动或者风车驱动的叶轮机组,电机组还是一样的周期性运动,产生交流电。核电站也是把锅炉换成反应堆,把水加热烧出蒸气,汽轮机和电机组与火电站一样。

回到直流电,它的来源基本都是电池,包括太阳能发电也是靠光电池。首先效率远不如交流发电,其次成本也要高很多。所以我认为可预见的未来,电能的主导形式还是交流电,尽管在消费端直流电器占多数。

网友5

看到很多大家所谓的专业回答,我来谈谈自己的看法。

所谓交流电(AC)和直流电(DC)各有优劣势,这曾经给爱迪生带来了很多的赞誉和麻烦。爱迪生是直流电的发明使用支持者,他认为直流电安全,方便,快捷,能给大家带来很多便利。但是直流电存在一个弊端,那就是传输物质长线电压损耗的问题,如果远距离输送电压,势必会带来电压的损耗和不稳定,长线输电电压变小了。由于当时点灯属于贵族发明,只有钱人才能使用上,没有存在大面积缺电的情况,还有因其它电器少的原因,所以,勉强使用稳定。后来电器增多,直流电的弊端就显现了,会造成电压不稳定,影响正常使用的情况。

而自从尼古拉特斯拉发明了交流电之后,这样情况得到了彻底的改变,交流电可以改变长线输电的距离,到输送终点再进行变压使用。而且还不影响电压的改变,交流和直流电可以相互转换,来增加他的使用功能,这样就彻底解决了输电距离和多电器使用的情况。

现在,电力发展有了很大的进步,发电方式多了,输电线路长了,发电量和用电量都达到很高的科技水平,不存在交流电与直流电谁好谁弱的争议了,只要大家安全合理用电才是zui正确的用法。

以上就是几位网友提供的正解:关于电为什么分类交流和直流,想必客官您已经了解清楚了,我们也就不再熬述了。关注更多知识,请关注上海沪怡电气科技有限公司,觉得有所领悟,请点赞哦~

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