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为什么电要分交流、直流?

2019-9-7 20:50| 发布者: gkket| 查看: 1| 评论: 0|原作者: gkket

摘要: 大家有没有想过,为什么手机充电插头比一般插头大? 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 ...
大家有没有想过,为什么手机充电插头比一般插头大?



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!
1884年,一个名叫特斯拉的年轻人带着前雇主的介绍信,匆匆登上了开往美国淘金圣地的轮船。他要去找他的偶像——托马斯·爱迪生,希望他能帮助自己完成交流电系统的发明。


托马斯·爱迪生

信上写着:
“亲爱的爱迪生:我认识两个伟人,一个是你,另外一个就是这位年轻人。”

当时,爱迪生正在向全世界推销自己的直流电系统,根本不看好交流电。但凭借这封信,特斯拉还是如愿进入了爱迪生的团队。爱迪生承诺,如果他解决了“直流发电机与电动机问题”,就付给他相当于今天的一百万美元的奖金。
但当特斯拉把爱迪生的机器修好,并问“说好的一百万呢?”

爱迪生竟笑了,他说:“特斯拉,你不懂我们的美国式幽默。”

心中偶像人设崩塌,被戏弄的特斯拉愤而出走,独立门户,从此,专心致志地做他的交流电系统。



特斯拉与交流电机

当时,爱迪生的直流电系统要求每一平方英里内就要有一个发电站,并且因为传输过程中的损耗过大,传输距离也十分受限,而特斯拉的交流电系统用的导线更细,电压更高,传输损耗小,传输距离远。很明显,交流电更有优势。
那处于劣势的爱迪生做了什么?

为了“黑”交流电,爱迪生脑洞大开。贿赂政府官员,把死刑由绞刑改为交流电电刑。


交流电电刑椅

甚至雇用小学生,用交流电将流浪猫狗电死,以此宣传交流电“是十分危险”的。

好在特斯拉笃定“你黑不黑,交流电就在那里”的信念,通过哥伦比亚博览会的照明工程,展示了交流电的可靠性和安全性,最终赢得了“电流之战”,也还了自己清白。


哥伦比亚世界博览会鸟瞰图

从此,交流电被认可,取代了直流电,成了供电主流。

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。


目前世界上电压等级最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,共勉~


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