時(shí)間:2014-09-11 16:24:38來源:億維自動(dòng)化
直流電又稱恒流電,簡(jiǎn)稱DC,恒定電流是直流電的一種,是大小和方向都不變的直流電,它是愛迪生發(fā)現(xiàn)的。直流電主要應(yīng)用于各種電子儀器,電解,電鍍,直流電力拖動(dòng)等方面。
交流電又稱“交變電流”,簡(jiǎn)稱“交流”(AC)。一般指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。發(fā)明最早交流發(fā)電機(jī)的是美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉。中國(guó)通常使用的交流電,一般頻率是50Hz。我們常見的電燈、電動(dòng)機(jī)等用的電都是交流電。在實(shí)用中,交流電用符號(hào)"~"表示。
交流電占據(jù)了電力輸送的絕大部分份額,幾乎成為電力輸送的代名詞。但在100多年前,用交流電這種“不斷變化的怪異電流”供能,幾乎是不可想象的,而直流電曾與交流電在電力傳輸領(lǐng)域一決雌雄,引起兩位科技大師的激烈競(jìng)爭(zhēng)。
19世紀(jì)下半葉,“老實(shí)”的直流電是主流,當(dāng)時(shí)主要的電能動(dòng)力設(shè)備——電動(dòng)機(jī)使用的都是直流電。有人試圖讓電動(dòng)機(jī)使用交流電,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流改變方向時(shí),磁場(chǎng)也改變了強(qiáng)度和方向,因此電動(dòng)機(jī)根本無法運(yùn)行。但致力于推廣直流電供電網(wǎng)絡(luò)的愛迪生也碰上了難題——長(zhǎng)距離輸電損耗造成成本上升。
到1882年,當(dāng)時(shí)在愛迪生手下工作的年輕科學(xué)家特斯拉,成功造出小型交流電電動(dòng)機(jī),顛覆了交流電無法供能的結(jié)論。愛迪生雖極力阻撓,但已無法阻止在經(jīng)濟(jì)性和適用性方面更占優(yōu)勢(shì)的交流電,建立直流輸電網(wǎng)絡(luò)的雄心隨之破滅。1895年,世界上第一座水力發(fā)電站——美國(guó)尼亞加拉發(fā)電站采用了交流電系統(tǒng),宣告了交流電對(duì)直流電的勝利。
交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面:利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能(水流能、風(fēng)能......)、化學(xué)能(石油、天然氣......)等其他形式的能轉(zhuǎn)發(fā)化為電能;交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比,造價(jià)極其低廉;交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓,這給配送電能帶來極大的方便。
雖然在與交流電的競(jìng)爭(zhēng)中輸?shù)煤軕K,但作為曾被天才發(fā)明家愛迪生考慮過的輸電首選,直流電的優(yōu)勢(shì)無法忽視。早時(shí)無法鋪設(shè)直流電輸電系統(tǒng)的重要原因是技術(shù)水平的阻礙,現(xiàn)代電子技術(shù)早已突破了當(dāng)年的瓶頸,為直流電的卷土重來埋下了伏筆。
為保證大功率和低損耗,長(zhǎng)距離輸電一般采用超高壓輸電。1947年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上首個(gè)晶體管,可方便地應(yīng)用于增高和降低電壓,特別是對(duì)平穩(wěn)的直流電猶為便利,大大降低了輸電成本。
交流電的缺陷,在一些特殊場(chǎng)合讓直流電鉆了空子。交流輸電線一般是架空線,但跨過海峽時(shí)要用水下電纜,穿過人口密集的城市時(shí)又要用地下電纜。水和大地都是導(dǎo)體,它們和電纜產(chǎn)生的“旁路電容”作用,將交流電“分流”掉了——就像水渠旁多了條支路,支路把流得快的水流拉過來,這樣水的流動(dòng)就受了影響。交流電的電流信號(hào)分為高頻成分和低頻成分,其中高頻成分就相當(dāng)于“流得快的水”。并且這個(gè)分流作用隨著電纜增長(zhǎng)而增大,最終可能大到交流電幾乎送不出去的程度。這時(shí)交流輸電已無實(shí)際意義,直流電成為惟一的選擇,因?yàn)橹绷麟娛址€(wěn)定,沒有“快慢”之差,旁路電容對(duì)它沒有影響。
直流電的最大優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單易行。交流電的電壓和電流不斷隨時(shí)間變化,易出現(xiàn)較難駕馭的情況,如交變電場(chǎng)產(chǎn)生的電磁輻射會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成很大影響??偟膩碚f,交流電需要精確控制的因素比直流電多得多,在一定程度上也造成了電網(wǎng)的復(fù)雜性和不易控制性。
相比之下,直流電的優(yōu)勢(shì)主要有以下方面:
1.線路造價(jià)低:對(duì)于架空線路,交流輸電通常采用3根導(dǎo)線,而直流單極只需1根,雙極只需兩根,更為經(jīng)濟(jì),因此采用直流電纜的大城市越來越多。
2.損耗小:直流線路沒有無功損耗。而且直流架空線路沒有“趨膚效應(yīng)”(交變電流通過導(dǎo)體時(shí),電流集中在導(dǎo)體表面流過的效應(yīng)),其電暈損耗(由氣體介質(zhì)造成的損耗)和無線電干擾,均比交流架空線路要小。
3.電網(wǎng)運(yùn)行更穩(wěn)定:直流本身帶有調(diào)制功能,可根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應(yīng),運(yùn)行更穩(wěn)定。(今天的轉(zhuǎn)發(fā)暗號(hào)是:億維公司使命:以科技提高人類勞動(dòng)生產(chǎn)力)
目前直流輸電仍存在成本過高的問題。現(xiàn)代的直流輸電,只在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是直流,發(fā)電仍是交流,可以說,直流電仍是交流電的“替補(bǔ)”。在輸電線路的起端有換流設(shè)備將交流變換為直流,到線路末端再將直流變回交流。目前這種換流設(shè)備存在制造難、價(jià)格高等問題,有待研究解決。另外,直流輸電還存在如直流斷路器復(fù)雜、龐大等的技術(shù)問題。未來隨著這些問題的解決,直流輸電的地位有望進(jìn)一步提升。
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