直流電

直流電

直流電(Direct Current,簡稱DC),又稱恆流電,恆定電流是直流電的一種,是大小和方向都不變的直流電,它是由愛迪生髮現的。1747年,美國的富蘭克林根據實驗提出電荷守恆定律,並且定義了正電和負電的術語。恆定電流是指大小(電壓高低)和方向(正負極)都不隨時間(相對範圍內)而變化,比如乾電池。脈動直流電是指方向(正負極)不變,但大小隨時間變化,比如:我們把50Hz的交流電經過二極體整流後得到的就是典型脈動直流電,半波整流得到的是50Hz的脈動直流電,如果是全波或橋式整流得到的就是100Hz的脈動直流電,它們只有經過濾波(用電感或電容)以後才變成平滑直流電,當然其中仍存在脈動成分(稱紋波係數),大小視濾波電路的濾波效果。

基本信息

簡介

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直流電(DC,direct current)是電荷的單向流動或者移動,通常是電子。電流密度隨著時間而變化,但是通常移動的方向在所有時間裡都是一樣的。作為一個形容詞,DC可用於參考電壓(它的極性永遠不會改變)。

在直流電路中,電子從陰極、負極、負磁極形成,並向陽極正極、正磁極移動。不過,物理學家定義直流電為從正極到負極的運動。

直流電是由電氣化學和光電單元和電池產生的。相反,在大多數國家,從設備中流出的電流是交流(AC)的。交流電可以被轉換為直流電,通過由轉換器、整流器(阻止電流反方向流動),以及過濾器(消除整流器流出的電流中的跳動)組成的電源。

實際上所有的電子和計算機硬體都需要直流電來工作。大多數的固態設備都需要從1.5到13.5伏特範圍的電壓。對電流的需求範圍從電子手錶中接近於0到無線通信能源放大器需要的超過100安培。使用真空管的設備,例如高能無線廣播或者電視廣播傳輸器或者陰極射線管(CRT)顯示,都需要大約150伏特到幾千伏特的直流電。

優點

1、輸送相同功率時,直流輸電所用線材僅為交流輸電的2/3~1/2 .

直流輸電採用兩線制,以大地或海水作回線,與採用三線制三相交流輸電相比,在輸電線截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於或等於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,採用地下電纜;輸電線經過海峽時,要用海底電纜.由於電纜芯線與大地之間構成同軸電容器,在交流高壓輸電線路中,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,由於電壓波動很小,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;併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,需要用複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裡,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,由於採用可控矽裝置,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.

5、穩恆的直流電不產生電磁輻射,由於只產生電場不產生交變磁場,即使是超高壓直流電,它也只是電場強到使空氣電離而發光,此時的光輻射是空氣電離發出的,並不是導線,不產生電磁波。所謂的電磁輻射就是能量以電磁波形式從輻射源發射到空間的現象。電流在導體內的流動會產生電場,電流在導體內變化會產生磁場,因此輻射出去的叫電磁波。

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於一半功率的電能.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.

原理

直流電所通過的電路稱直流電路,是由直流電源和電阻構成的閉合導電迴路。在該直流電路中,形成恆定的電場。在電源外,正電荷經電阻從高電勢處流向低電勢處,在電源內,靠電源的非靜電力的作用,克服靜電力,再從低電勢處到達高電勢處,如此循環,構成閉合的電流線。所以,在直流電路中,電源的作用是提供不隨時間變化的恆定電動勢,為在電阻上消耗的焦耳熱補充能量。

電路

在比較簡單的直流電路中,電源電動勢、電阻、電流以及任意兩點電壓之間的關係可根據歐姆定律及電動勢的定義得出。複雜的直流網路可根據G.R.基爾霍夫方程組求解。它包括節點電流方程和迴路電壓方程兩部分,前者指出,對於任一節點(3個或3個以上支路的交點),流入和流出節點的各電流的代數和為零,這是恆定條件的要求,後者指出,對於任一閉合迴路(格線),各部分電壓降的代數和為零,這是靜電場環路定理的結果,兩者構成了完備的方程組。

儀表

測量直流電路中電流、電壓電阻、電源電動勢等物理量的儀表稱為直流儀表。常用的有靈敏電流表(G表),電流表,伏特計,電橋,電勢差計等。

電源

直流電源有化學電池,燃料電池,溫差電池,太陽能電池,直流發電機等。利用直流電,還可以進行水的電解實驗。將電極極插入水中,負極可以使水電解為氫氣,正極則使水電解為氧氣。

傳輸

直流電直流電

在電力傳輸上,19世紀80年代以後,由於不便於將直流電

低電壓升至高電壓進行遠距離傳輸,直流輸電曾讓位於交流輸電。20世紀60年代以來,由於採用高電壓、大功率變流器將直流電變為交流電,直流輸電系統又重新受到重視並獲得新的發展。

套用

直流電主要套用於各種電子儀器,電解電鍍,直流電力拖動等方面。

歷史

直流電直流電

在早期,工程師們主要致力於研究直流電,發電站的供電範圍也很有限,而且主要用於照明,還未用作工業動力。例如,1882年愛迪生電氣照明公司(創建於1878年)在紐約建立了第一座發電站,安裝了三台110伏“巨漢”號直流發電機,這是愛迪生於1880年研製的,這種發電機可以為1500個16瓦的白熾燈供電。

但是隨著科學技術和工業生產發展的需要,電力技術在通信、運輸、動力等方面逐漸得到廣泛套用,社會對電力的需求也急劇增大。由於用戶的電壓不能太高,因此要輸送一定的功率,就要加大電流(P=IU)。而電流愈大,輸電線路發熱就愈厲害,損失的功率就愈多;而且電流大,損失在輸電導線上的電壓也大,使用戶得到的電壓降低,離發電站愈遠的用戶,得到的電壓也就愈低。直流輸電的弊端,限制了電力的套用,促使人們探討用交流輸電的問題。愛迪生雖然是一個偉大的發明家,但是他沒有受過正規教育,缺乏理論知識,難以解決交流電涉及到的數學運算,阻礙了他對交流電的理解,所以在交、直流輸電的爭論中,成了保守勢力的代表。愛迪生認為交流電危險,不如直流電安全。他還打比方說,沿街道敷設交流電纜,簡直等於埋下地雷。並且邀請人們和新聞記者,觀看用高壓交流電擊死野狗、野貓的實驗。那時紐約州法院通過了一項法令,用電刑來執行死刑。行刑用的電椅就是通以高壓交流電,這正好幫了愛迪生的大忙。在他的反對下,交流電遇到了很大的阻礙。

但是為了減少輸電線路中電能的損失,只能提高電壓。在發電站將電壓升高,到用戶地區再把電壓降下來,這樣就能在低損耗的情況下,達到遠距離送電的目的。而要改變電壓,只有採用交流輸電才行。1885年,由費朗蒂設計的倫敦泰晤士河畔的大型交流電站開始輸電。他用鋼皮銅心電纜將1萬伏的交流電送往相距10公里外的市區變電站,在這裡降為2500伏,再分送到各街區的二級變壓器,降為100伏供用戶照明。以後,俄國的多利沃——多布羅沃斯基又於 1889年最先制出了功率為100瓦的三相交流發電機,並被德國、美國推廣套用。事實成功地證實了高壓交流輸電的優越性。並在全世界範圍內迅速推廣。

與交流電區別

直流電直流電

交流電,(市電)是指大小和方向隨時間作周期性變化的一種電流。

交流電是用交流發電機發出的,在發電過程中,多對磁極是按一定的角度均勻分布在一個圓周上,使得發電過程中,各個線圈就切割磁力線,由於具有多對磁極,每對磁極產生的磁力線被切割產生的電壓、電流都是按弦規律變化的,所以能夠不斷的產生穩定的電流。國內交流電的頻率一般是50赫茲,即每秒變化50次.有些國家交流電的頻率是60赫茲,即每秒變化60次.當然也有其它頻率.如電子線路中有方波的、三角形的等,但這些波形的交流電不是導體切割磁力線產生的,而是電容充放電、開關電晶體工作時產生的。

直流電的方向則不隨時間而變化。通常又分為脈動直流電和穩恆電流。脈動直流電中有交流成分,如彩電中的電源電路中大約300伏左右的電壓就是脈動直流電成分可通過電容去除。穩恆電流則是比較理想的,大小和方向都有不變。

設備

直流屏

直流屏通用名為智慧型免維護直流電源屏,簡稱直流屏,通用型號為GZDW。簡單地說,直流屏就是提供穩定直流電源的設備。(在輸入有380V電源時直接轉化為220V,在輸入(市電和備用電)都無輸入時,直接轉化為蓄電池供電——直流220V:實際上也可以說是一種工業專用應急電源)。發電廠和變電站中的電力操作電源現今採用的都是直流電源,它為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源,是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模組單元、降壓矽鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模組單元及絕緣監測單元組成。主要套用於電力系統中小型發電廠、水電站、各類變電站,和其他使用直流設備的用戶(如石化、礦山、鐵路等),適用於開關分合閘及二次迴路中的儀器、儀表、繼電保護和故障照明等場合。

直流屏技術指標

1) 交流測量精度:220V及380V±15% 範圍內≤1.0%

2) 直流測量精度:控母電壓:110V~240V範圍內≤0.5%合母電壓:286V~198V範圍內≤0.5%充電電壓:286V~198V範圍為 ≤ 0.5% 電池電壓:12.5V±10%範圍為≤0.5%控母、充電電流:10%Ie~100%Ie範圍內≤0.5%

3) 充電控制參數:調壓口輸出電壓(DC):0~8.0V受控(100mA)

4) 溫度檢測:1路電池室溫度 -40℃~125℃ 109路電池溫度巡檢-55℃~125℃

5) 電池線上檢測:256路 直流屏原理圖

6) 絕緣線上檢測:8~64路,可定製

7) 支路開關狀態檢測:8~64路

8) 矽鏈控制:5級

9) 故障記錄:64條

10) 繼電器觸點:220V/2A

關於電資源的相關知識

節約用電對發展國民經濟有重要意義。電能是由一次能源(煤、石油、天然氣、水利資源等)轉換而成的二次能源。耗電量的減少可以使發電、輸變電所需要的設備容量減少,節約能源方面的投資。

電工學知識

伴隨新技術革命和教學改革的不斷深入,當前套用電工學迅速發展,由於電工學的套用領域不斷擴大,電工學的知識也必不可少。

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