660 >交流電和直流電的區別

交流電即交變電流，大小和方向都隨時間做周期性變化的電流。

直流電則相反。電網公司一般使用交流電方式送電，但有高壓直流電用于遠距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步的交流系統之間的聯絡等

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高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比，有明顯的優越性．歷史上僅僅由于技術的原因，才使得交流輸電代替了直流輸電．下面先就交流電和直流電的主要優缺點作出比較，從而說明它們各自在應用中的價值．

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高壓直流輸電

交流電的優點主要表現在發電和配電方面：利用建立在電磁感應原理基礎上的交流發電機可以很經濟方便地把機械能（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，造價大為低廉；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．這是交流電與直流電相比所具有的獨特優勢．

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直流電的優點主要在輸電方面：

①輸送相同功率時，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2／3～l／2

直流輸電采用兩線制，以大地或海水作回線，與采用三線制三相交流輸電相比，在輸電線載面積相同和電流密度相同的條件下，即使不考慮趨膚效應，也可以輸送相同的電功率，而輸電線和絕緣材料可節約1／3．

如果考慮到趨膚效應和各種損耗（絕緣材料的介質損耗、磁感應的渦流損耗、架空線的電暈損耗等），輸送同樣功率交流電所用導線截面積大于或等于直流輸電所用導線的截面積的1.33倍．因此，直流輸電所用的線材幾乎只有交流輸電的一半．同時，直流輸電桿塔結構也比同容量的三相交流輸電簡單，線路走廊占地面積也少．

②在電纜輸電線路中，直流輸電沒有電容電流產生，而交流輸電線路存在電容電流，引起損耗．

在一些特殊場合，必須用電纜輸電．例如高壓輸電線經過大城市時，采用地下電纜；輸電線經過海峽時，要用海底電纜．由于電纜芯線與大地之間構成同軸電容器，在交流高壓輸線路中，空載電容電流極為可觀．一條200kv的電纜，每千米的電容約為0.2μf，每千米需供給充電功率約3×103kw，在每千米輸電線路上，每年就要耗電2.6×107kw·h．而在直流輸電中，由于電壓波動很小，基本上沒有電容電流加在電纜上．

③直流輸電時，其兩側交流系統不需同步運行，而交流輸電必須同步運行．交流遠距離輸電時，電流的相位在交流輸電系統的兩端會產生顯著的相位差；并網的各系統交流電的頻率雖然規定統一為50hz，但實際上常產生波動．這兩種因素引起交流系統不能同步運行，需要用復雜龐大的補償系統和綜合性很強的技術加以調整，否則就可能在設備中形成強大的循環電流損壞設備，或造成不同步運行的停電事故．在技術不發達的國家里，交流輸電距離一般不超過300km而直流輸電線路互連時，它兩端的交流電網可以用各自的頻率和相位運行，不需進行同步調整．

④直流輸電發生故障的損失比交流輸電小．兩個交流系統若用交流線路互連，則當一側系統發生短路時，另一側要向故障一側輸送短路電流．因此使兩側系統原有開關切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換開關．而直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進行調節，直流輸電線路上基本上不向發生短路的交流系統輸送短路電流，故障側交流系統的短路電流與沒有互連時一樣．因此不必更換兩側原有開關及載流設備．

在直流輸電線路中，各級是獨立調節和工作的，彼此沒有影響．所以，當一極發生故障時，只需停運故障極，另一極仍可輸送不少于一半功率的電能．但在交流輸電線路中，任一相發生永久性故障，必須全線停電．

另外提醒一下:在直流輸電系統中，只有輸電環節是直流電，發電系統和用電系統仍然是交流電．

什么是交流電的周期 ？

發電機的基本原理是導線在磁場中做切割磁感線的運動從而產生電流。由于導線在磁場中并不是沿一定的方向轉動切割，故產生的電流方向也就發生周期性變化。電流發生變化，我們身邊的電器使用時也會出現問題。譬如燈使用時就會不停的閃爍，之所以看不見這現象，是利用了我們眼睛的視覺暫留現象。則如果每秒電流方向改變50次,一次用時0.02s ，即燈每秒閃爍50次我們就看不到閃爍現象了。所以說交流電的周期是0.02s。那為什么是0.02s不是0.03s 呢?因為0.03s大于人的視覺暫留0.02s

什么是交流電的頻率

交流電的頻率是由發電機的磁極對數m和轉速n決定的．它們有下列關系： f=mn/60

我國電網的標準頻率是50hz，這是一個確定的數值．因此發電機的轉速與磁極對數成反比．當m=1（兩極電機）時，轉速n=3000r/min；當m=2（四極電機）時，n=1r/min．

國外電網也有采用60hz作標準頻率的．頻率的高或低，各有利弊．頻率提高，可使發電機和變壓器的銅材、鋼材耗用量減少，重量輕，成本低．但會使電氣設備和輸電線路的感抗增大，容抗減少，損耗增大，從而降低了輸電效率．頻率過低，會使電氣設備用料增多，重量大，成本高，還會使電燈光閃爍明顯．考慮到各種因素，經過技術經濟比較，證明交變電流頻率采用50hz、60hz比較適宜．飛機上的交流電源，其頻率采用400hz，這樣可以使電氣設備重量大大減輕．國外電網也有采用60hz作標準頻率的。頻率的高或低，各有利弊。頻率提高，可使發電機和變壓器的銅材、鋼材耗用量減少，重量輕，成本低．但會使電氣設備和輸電線路的感抗增大，容抗減少，損耗增大，從而降低了輸電效率。頻率過低，會使電氣設備用料增多，重量大，成本高，還會使電燈光閃爍明顯。考慮到各種因素，經過技術經濟比較，證明交變電流頻率采用50hz、60hz比較適宜。

怎樣提高交流電的頻率

電容在交流電路中對交變電流有阻礙作用，稱為阻抗。電容器在交流電路中阻抗的大小稱為容抗，它與電容器的電容、交流的頻率均成反比，電容越大．交流頻率越高，容抗便越小。

電容器是一種能儲存電荷的容器．它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質而組成的．按絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容器，如：云母．瓷介．紙介，電解電容器等．在構造上，又分為固定電容器和可變電容器．電容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用。

電容器對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對不同頻率的交流電呈現不同的容抗.為什么會出現這些現象呢這是因為電容器是依靠它的充放電功能來工作的，電源開關未合上時．電容器的兩片金屬板和其它普通金屬板同樣是不帶電的。當開關合上時，電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引，并推送到負極板上面。由于電容器兩極板之間隔有絕緣材料，所以從正極板跑過來的自由電子便在負極板上面堆積起來．正極板便因電子減少而帶上正電，負極板便因電子逐漸增加而帶上負電。電容器兩個極板之間便有了電位差，當這個電位差與電源電壓相等時，電容器的充電就停上了．此時若將電源切斷，電容器仍能保持充電電壓。對已充電的電容器，如果我們用導線將兩個極板連接起來，由于兩極板間存在的電位差，電子便會通過導線，回到正極板上，直至兩極板間的電位差為零．電容器又恢復到不帶電的中性狀態,導線中也就沒電流了．加在電容器兩個極板上的交流電頻率高，電容器的充放電次數增多；充放電電流也就增強；也就是說．電容器對于頻率高的交流電的阻礙作用就減小,即容抗小,反之電容器對頻率低的交流電產生的容抗大．對于同一頻率的交流電電．電容器的容量越大，容抗就越小，容量越小,容抗就越大。

我們常用的工頻交流電是50hz，常在交流電路中并聯電容器用來補償無功功率，提高功率因數。這里邊就涉及容抗的匹配問題了，也不會出現“有人說電容在交流電中相當于導線”而“電容直接連在火線和零線之間會短路”的問題了。

什么叫交流電的周期、頻率和角頻率

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交流電在變化過程中，它的瞬時值經過一次循環又變化到原來的瞬時值所需的時間，即交流電變化一個循環所需要的時間稱交流電的周期。用字母t表示，單位為s。我國電網交流電的周期為0.02s。

交流電每秒周期性變化的次數叫做頻率，用字母f表示，單位為hz.。我國電網的頻率廠f＝50 hz，習慣上稱為“工頻”。周期與頻率之間的關系為： t ＝1/f 或者f ＝1/t

用每秒鐘所變化的電氣角度來表示交流電的變化快慢叫做角頻率（w在數值上等于單位時間內正弦函數幅角的增長值，稱為角頻率），用字母ω表示，單位為rad／s。角頻率與周期及頻率之間的關系為：

ω＝2π/t＝2πf

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