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億個閱讀:直流電PK交流電

時間:2014-09-11 16:24:38來源:億維自動化

導語:?19世紀下半葉,“老實”的直流電是主流,當時主要的電能動力設備——電動機使用的都是直流電。有人試圖讓電動機使用交流電,結果發(fā)現(xiàn),當電流改變方向時,磁場也改變了強度和方向,因此電動機根本無法運行。但致力于推廣直流電供電網(wǎng)絡的愛迪生也碰上了難題——長距離輸電損耗造成成本上升。

直流電又稱恒流電,簡稱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。直流電主要應用于各種電子儀器,電解,電鍍,直流電力拖動等方面。

交流電又稱“交變電流”,簡稱“交流”(AC)。一般指大小和方向隨時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)電機的是美籍塞爾維亞裔科學家尼古拉·特斯拉。中國通常使用的交流電,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。

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域一決雌雄,引起兩位科技大師的激烈競爭。

19世紀下半葉,“老實”的直流電是主流,當時主要的電能動力設備——電動機使用的都是直流電。有人試圖讓電動機使用交流電,結果發(fā)現(xiàn),當電流改變方向時,磁場也改變了強度和方向,因此電動機根本無法運行。但致力于推廣直流電供電網(wǎng)絡的愛迪生也碰上了難題——長距離輸電損耗造成成本上升。

到1882年,當時在愛迪生手下工作的年輕科學家特斯拉,成功造出小型交流電電動機,顛覆了交流電無法供能的結論。愛迪生雖極力阻撓,但已無法阻止在經(jīng)濟性和適用性方面更占優(yōu)勢的交流電,建立直流輸電網(wǎng)絡的雄心隨之破滅。1895年,世界上第一座水力發(fā)電站——美國尼亞加拉發(fā)電站采用了交流電系統(tǒng),宣告了交流電對直流電的勝利。

交流電的優(yōu)點主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面:利用建立在電磁感應原理基礎上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能(水流能、風能......)、化學能(石油、天然氣......)等其他形式的能轉發(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爭中輸?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)勢無法忽視。早時無法鋪設直流電輸電系統(tǒng)的重要原因是技術水平的阻礙,現(xiàn)代電子技術早已突破了當年的瓶頸,為直流電的卷土重來埋下了伏筆。

為保證大功率和低損耗,長距離輸電一般采用超高壓輸電。1947年,美國貝爾實驗室研制出世界上首個晶體管,可方便地應用于增高和降低電壓,特別是對平穩(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,但跨過海峽時要用水下電纜,穿過人口密集的城市時又要用地下電纜。水和大地都是導體,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,這樣水的流動就受了影響。交流電的電流信號分為高頻成分和低頻成分,其中高頻成分就相當于“流得快的水”。并且這個分流作用隨著電纜增長而增大,最終可能大到交流電幾乎送不出去的程度。這時交流輸電已無實際意義,直流電成為惟一的選擇,因為直流電十分穩(wěn)定,沒有“快慢”之差,旁路電容對它沒有影響。

直流電的最大優(yōu)勢是簡單易行。交流電的電壓和電流不斷隨時間變化,易出現(xiàn)較難駕馭的情況,如交變電場產(chǎn)生的電磁輻射會對周邊環(huán)境造成很大影響。總的來說,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)的復雜性和不易控制性。

相比之下,直流電的優(yōu)勢主要有以下方面:

1.線路造價低:對于架空線路,交流輸電通常采用3根導線,而直流單極只需1根,雙極只需兩根,更為經(jīng)濟,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”(交變電流通過導體時,電流集中在導體表面流過的效應),其電暈損耗(由氣體介質造成的損耗)和無線電干擾,均比交流架空線路要小。

3.電網(wǎng)運行更穩(wěn)定:直流本身帶有調制功能,可根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應,運行更穩(wěn)定。(今天的轉發(fā)暗號是:億維公司使命:以科技提高人類勞動生產(chǎn)力)

目前直流輸電仍存在成本過高的問題?,F(xiàn)代的直流輸電,只在輸電這個環(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”。在輸電線路的起端有換流設備將交流變換為直流,到線路末端再將直流變回交流。目前這種換流設備存在制造難、價格高等問題,有待研究解決。另外,直流輸電還存在如直流斷路器復雜、龐大等的技術問題。未來隨著這些問題的解決,直流輸電的地位有望進一步提升。

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