交流电和直流电6页.docx

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摘要现如今，交流电和直流电的使用涉及到人们日常生产生活的方方面面，交流电和直流电拥有各自的优缺点，适用于生活中的不同方面，有各自的历史背景和发展前景。本论文由交流和直流电的定义和区别入手，详细阐述两者在产生、传输、应用、历史等多方面内容，包括当今的使用和发展前景。关键词区别、产生、传输、利用、历史一、直流电和交流电的产生（一）直流电主要通过三种途径产生：1、各种电池产生直流电。如干电池，蓄电池，太阳能电池等提供的都是直流电。2、直流发电机直接发出直流电。这种发电机上有换向器，发出来的就是直流电。3、交流电通过整流得到直流电。这种种方法应用最多。（二）交流电的产生如今交流电的发电方式主要通过化学燃料燃烧、潮汐能、生物质能等转化为发电机转子的机械能，转子转动切割磁感线产生交变电流。二、区别（一）定义直流电，是指大小和方向都不随时间而变化的电流；交流电是指大小和方向都随时间做周期性变化的电流。（二）损耗直流电的传输损耗大,所以不适合长距离传输,交流电的传输损耗小,所以适合长距离传输,使用直流电电压稳定,无白躁声,故适於电子产品使用(例如电视机,收音机电脑等),交流电要经过整流/开关电源等变成直流电才能供电子产品使用。（三）测量a)用数字万能表测量,分别用20V交流电压及20V直流电压档测量,结果会不一样。b)简单测量法:用感应电笔(非普通用电笔)放在电线包皮外,12交流电仍会有显示,12V直流无法显示,。（四）安全12V直流电比12V交流电对人体更安全,人体电阻降低情况时,12V交流电仍有可能会电死人,12V直流电不会电死人。（五）图型直流电的图型(电压)是一条直线(可以说频率为0Hz),电压恒定(理想情况时),交流电的电压图型是正弦曲线(波浪型)(理想情况时),电压周期性,在每一时刻都不一样。（六）优缺点1、交流电的优点主要表现在发电和配电方面：利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能（水流能、风能……）、化学能（石油、天然气……）等其他形式的能转化为电能；交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉；交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便．这是交流电与直流电相比所具有的独特优势。交流电可以方便地变换电压；交流电机在结构上也比直流电机简单；在需要直流的地方还可以很方便地采用电子整流装置。2、直流电的优点：①输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～l／2直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1／3．如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线的截面积的1.33倍．因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半．同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少．②在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗．③直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行。交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动。这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故。在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。④直流输电发生故障的损失比交流输电小。两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流。因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关。而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样。因此不必更换两侧原有开关及载流设备。在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响。所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能。但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电。5直流电更容易储存，尤其使用现代化的UPS，加入蓄电池作为后备失电保护，可以控制直流电和交流电相互逆变整流为我所用，更加智能方便。6直流电在整流和逆变的过程中，容易产生谐波，污染电能质量，这是它的大缺点。三、分配四、传输（一）高压交流输电交流输电线路中流动的是交流电流，由于电流发生规律性变化，加上交流电系统中会出现无功功率，占用线路容量，所以在线路上的损耗比较大，但交流电能够通过变压器很方便地改变电压，成本较低，所以广泛用于供电、配电和送电整个输电范围。特高压交流输电是指1000千伏及以上的交流输电，具有输电容量大、距离远、损耗低、占地少等突出优势。电力系统和输电规模的扩大，世界高新技术的发展，推动了特高压输电技术的研究。百万伏级交流线路单回的输送容量超过5000MW，且具有明显的经济效益和可靠性，作为中、远距离输电的基干线路，将在电网的建设和发展中起重要的作用。（二）高压直流输电高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网的一点导出，在换流站转换成直流，通过架空线或电缆传送到接受点;直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的交流电网。高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济。应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确的控制，这种性能可提高它所连接的交流电网性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用。直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。一般认为架空线路超过600-800km，电缆线路超过40-60km直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低直流输电近年来发展较快。高压直流输电的优点是不增加系统的短路容量，便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同频率的电力系统的联网;利用直流系统的功率调制能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行的交流输电线的输电能力。它的主要缺点是直流输电线路难于引出分支线路绝大部分只用于端对端送电。实现多端直流输电系统的主要技术困难是各种运行方式下的线路功率控制问题。目前，一般认为三端以上的直流输电系统技术上难实现经济合理性待研究。五、利用（一）交流电的应用在现代日常生产生活中，广泛地使用着交流电。主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低设备的绝缘要求。这种电压的升高和降低，在交流供电系统中可以很方便而又经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、价格便宜，运行可靠等优点。交流电的来源大致有两类，一类是由机械振动或其他非电信号转换为电振荡，如传声器将声音变为电振荡，压电晶体把机械振动变为电振荡等，另一类则是交流发电机电子振荡器，作为能源使用的都是属于后一类型。电力网中所用的交流电源都是利用电磁感应的原理制成的,称为交流发电机。这种将机械能转换为电能的装置产生交流电，由于受到机械结构强度的限制，其转速不能太高，因此频率也就不可能很高,一般限于10000赫以下。为了获得更高频率的交流电源，可以采用电子振荡器。广播电台、高频感应加热、电磁振动台、声呐等装置上所需用的较高频率交流电源就属这一类（见电磁振荡和电谐振）。目前，在动力方面,绝大部分电力网都是交流的,因为交流电可以方便地变换电压；交流电机在结构上也比直流电机简单；在需要直流的地方还可以很方便地采用电子整流装置。在信息传输方面也时常用到交流电，例如载波通信的载波电流就是交流电。（三）直流电的应用1、在直接面向用户的低压系统中尤其220V和110V甚至更低的便携式电器设备上，多使用稳定的直流电；弱电控制系统尤其变电站的二次系统，信号回路及控制回路均采用了直流电控制（这里面也有一个蓄电池储能防止全站失电的原因）。2、直流电不存在系统稳定的问题，近年来尤其作为两个大电网系统的互联而得到广泛应用。3、在日常生活中，由“电池”提供的电流，就是直流电。电池有极性，分正极与负极。直流输电以其输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点受到电力部门的欢迎，在中国将有进一步应用的前景。六、开发历史在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P＝IU）。而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争论中，成了保守势力的代表。爱迪生认为交流电危险，不如直流电安全。他还打比方说，沿街道敷设交流电缆，简直等于埋下地雷。并且邀请人们和新闻记者，观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验。那时纽约州法院通过了一项法令，用电刑来执行死刑。行刑用的电椅就是通以高压交流电，这正好帮了爱迪生的大忙。在他的反对下，交流电遇到了很大的阻碍。但是为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。而要改变电压，只有采用交流输电才行。1888年，由费朗蒂设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流电站开始输电。他用钢皮铜心电缆将1万伏的交流电送往相距10公里外的市区变电站，在这里降为2500伏，再分送到各街区的二级变压器，降为100伏供用户照明。以后，俄国的多利沃──多布罗沃斯基又于1889年最先制出了功率为100瓦的三相交流发电机，并被德国、美国推广应用。事实成功地证实了高压交流输电的优越性。并在全世界范围内迅速推广。20世纪50年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新被人们所重视。