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科学发展史告诉你,电流为什么要分交流和直流

 心梦2016 2019-03-11

1801年,英国化学家汉弗莱·戴维发明了世界上最早的简单电灯。铂丝通电时会发出耀眼的白光。这种电灯几分钟后会被氧气迅速氧化。这是不实际的,但是比爱迪生碳化的棉线白炽灯早78年。此时,电力开始与人们的生活交叉。

早期的电流只是直流电,它是一种大小和方向相同的恒定电流。它最大的优点是设计简单。它可以利用煤燃烧产生热能,水蒸气作为动力,闭合导体中的永磁磁通量改变以产生感应电动势,感应电动势被用作电源能量。爱迪生在改进电灯后不久,于1882年在纽约珍珠街建造了自己的发电厂,利用这个发电系统向周围一英里内的60户家庭供电110伏。当然,条件之一是必须使用爱迪生发明的电灯。

从煤油灯到白炽灯,这种跨越式的进步很快使爱迪生声名鹊起。越来越多的当地居民需要爱迪生的电灯和电力。随着需求的增加,直流的致命缺点暴露了出来。当发电厂和居民之间的距离很远时,直流电力传输会在电线上产生更多的热能来耗散电能。居民家中110伏的电压可能低于50伏。为了解决这个问题,爱迪生下令每1英里建一座小型发电厂。这种“愚蠢”的方法在当时使发电厂无处不在,这显然不符合现代科学的简单性。

当直流电的缺点暴露出来时,交流电开始出现。

所谓的交流电是一种其大小和方向周期性变化的电流。这种电流,加上当时刚刚发明的变压器,可以减少线路上的电能损耗,并且只需要一个发电厂就能满足整个城市的需求。

一般来说,当交流发电机输出110伏的电压时,它会首先用变压器提升110伏的电压。因为在发电机功率P不变的情况下,P=UI,电压越大,电流越小,流经导体的电流越小,产生的热能越小,因此功率损耗P=IR越小。当升压后的电压下降到住宅区时,110伏电压可以稳定。

当时,DC电力只能通过变压器降压,这非常复杂,会消耗更多的能量。因此,交流电具有压倒性的优势。1886年,尼古拉·特斯拉帮助爱迪生改进了直流发电机,但在被爱迪生欺骗后愤怒地逃跑了,开始在公众场合大力推广交流电及其交流系统。

看到交流电的宣传,爱迪生深感恐惧。因为他的行业有一半以上是建立在直流系统上的,所以他开始雇人散发传单来抹黑交流电,说使用交流电威胁生命。

在爱迪生的授意下,一头大象被电击致死。

1888年,西屋公司,一家有远见的公司,花了数百万美元收购了特斯拉的所有交流专利,这给了特斯拉足够的钱来对抗爱迪生。1891年,特斯拉在芝加哥世博会上点亮了90,000个灯泡,向公众证明交流电是非常安全的。直到那时,目前的争端才结束。1893年,交流电正式取代直流电作为电力系统的基础。从那时起,直流电越来越多地用于家用电器电池和玩具电池,交流电在商业领域占据了主导地位。

故事不在这里,相反!

原则上,交流电的商业优势是粉碎。但是在1954年,瑞典建造了世界上第一个商用高压直流输电系统,直流开始反击!

高压直流传输是发电厂通过转换器将产生的交流电转换成直流电,使直流电经过长距离传输后到达受电端,然后变成交流电发送给千家万户。

从19世纪到20世纪,发电厂可以提供非常低的电压,交流电的优点是它可以提高电压并减少损耗。然而,电流高压直流传输技术可以直接提供超过500,000伏的电压。超长距离下,导体长度更长,电阻更大,电流更小,传输过程中的单位损耗也更低。通常超过800公里,HVDC传输的优势得到了体现。此外,它线路少,成本低,比交流传输技术更稳定。然而,它的缺点是,只有1比1的传输是可能的,并且在它通过的路径上不能供电。在某些特定的情况下,HVDC传输会有更多的优势,比如海底电缆传输。

目前,中国有14条高压直流输电线路,总长25000公里。从西向东的年发电量已经超过2000亿度,达到世界级水平。

科学的发展充满了起伏。无论是交流电还是直流电,最终受益者都是普通人。

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