直流电与交流电

直流电与交流电的区别

交流电即交变电流，大小和方向都随时间做周期性变化的电流。直流电则相反。电网公司一般使用交流电方式送电，但有高压直流电用于远距离大功率输电、海底电缆输电、非同步的交流系统之间的联络等

高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性．历史上仅仅由于技术的原因，才使得交流输电代替了直流输电．下面先就交流电和直流电的主要优缺点作出比较，从而说明它们各自在应用中的价值．

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．

直流电的优点主要在输电方面：

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．

在一些特殊场合，必须用电缆输电．例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆．由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观．一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kw，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kw?h．而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上．

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．

电压降，那就是电工用语。在正常使用的情况下，两点之间的电压就是电压降的值，它和相应的电流就是这一段电路的耗能功率。线路电压降的情况说明了输送电路的质量情况。用电器电压降则表示有效功率的效果。

1、电流

（1）什么是电流？大量电荷定向移动形成电流．

（2）电流形成的条件：例如：静电场中导体达到静电平衡之前有电荷定向移动；电容器充放电，用导体与电源两极相接．

①导体，有自由移动电荷，可以定向移动．同时导体也提供自由电荷定向移动的“路”．导体包括金属、电解液等，自由电荷有电子、离子等．

②导体内有电场强度不为零的电场，或者说导体两端有电势差，从而自由电荷在电场力作用下定向移动．

③持续电流形成条件：要形成持续电流，导体中场强不能为零，要保持下去，导体两端保持电势差（电压）．电源的作用就是保持导体两端电压，使导体中有持续电流．

导体中电流有强有弱，用一个物理量描述电荷定向移动的快慢，从而描述电流的强弱．（3）电流强度

①定义：通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值．这样可以通过电荷定向移动的快慢来描述电流强弱，这个比值称为电流强度．简称电流

②表达式：

③单位：安培（A）毫安（mA），微安（μA）

④性质：电流强度是标量．初中学过并联电路干路电流等于各支路电流之和．但电流是有方向的．（有方向的量不一定是矢量，是否矢量关键看满不满足平行四边形法则）

⑤电流方向的规定：正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动方向与电流方向相反．

正电荷在电场力的作用下，从高电势向低电势运动，所以电流是有高电势向低电势流动，在电源外部，是由电源正极流向负极．

（4）电流分类：

按方向分成两大类：直流电和交流电

直流电：方向不变,如果直流电大小不变，就称为恒定电流，这是高中阶段电流知识的重点．交流电：方向随时间变化

前面讨论了电流，尤其是持续电流的形成，要求导体两端有电势差，即电压．电流强度与电压究竟有什么关系？这可利用实验来研究．

2、电阻

（1）定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻．

（2）定义式：

说明：①对于给定导体，一定，不存在与成正比，与成反比的关系．

②这个式子（定义）给出了测量电阻的方法——伏安法．

（3）单位：电压单位用伏特（V），电流单位用安培（A），电阻单位用欧姆，符号Ω，且l Ω=1V／A

常用单位：1kΩ=1000Ω；1MΩ= Ω

3、欧姆定律

德国物理学家欧姆最早用实验研究了电流跟电压、电阻的关系，最后得出用他的名字命名的定律．

内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比．

表达式：注意：