直流电与交流电都有哪些区别?我们不仅说理论,也说实际应用!
1. 电流方向和大小:
直流电的电流方向是固定的,从正极流向负极,大小可以是恒定的也可以是变化的,但变化是平滑的而不是周期性的。
交流电的电流方向随时间做周期性变化,通常以正弦波形式,也就是说电流在正向和反向之间交替。
有的朋友看到这里问,这和实际应用有什么关系?关系很大,尤其看现在的储能设计为何很多不用断路器做短路保护,要用熔断器?和直流电的方向大小密不可分:如前所述,交流电的一个关键特性是它的电流随时间按正弦波形变化,也即每半个周期电流会过零两次,而在其电流过零点时,因为没有电流通过电弧,电弧自然熄灭,而交流电灭弧利用了电流的自然过零点来灭弧,就简单了很多。
然而,直流电没有自然过零点,一旦形成电弧,除非采取外部手段,否则电弧将持续存在,因为电流方向不会改变,电弧总是有电流通过。由于直流电的这一特性,直流电弧的熄灭要比交流电弧困难得多。
2. 频率的差异:
直流电没有频率,因为它不变化。交流电有固定频率,如50 Hz或60 Hz,这取决于电网标准。不同的频率也决定了其不同的应用场景,交流电的频率是其在电力系统中广泛应用的关键因素之一,比如变压器、电动机的使用,再比如一些需要频率做参考或衡量同步性的场景。
然而直流电的零频率使其在特定的电力传输、存储和电子设备中表现出独特的优势,比如提供稳定电压和电流等。再比如我们使用的焊接设备,直流电焊机比交流电焊机要好焊很多,且焊接更可控,焊接质量好。
3. 传输和分配:
交流电易于通过变压器升压和降压,因此非常适合长距离传输和分配,因为高压传输可以减少线路上的功率损耗。而直流电无法直接使用变压器改变电压,因此升压和降压需要使用整流器和逆变器,这增加了转换过程中的能量损失和成本。
除此之外,交流电在传输过程中,除了电阻引起的损耗外,还存在电感和电容效应,导致额外的功率损失和无功功率问题,而直流电理论上只受电阻损耗的影响,所以在实际应用中交流电和直流电在电力传输和分配方面各有优劣,选择哪种类型取决于具体的应用场景、成本考量和技术可行性。
4. 应用领域的区别:
直流电常见于电池供电的设备、电子电路、充电器、电动车辆、某些电机控制和数据中心等。当然也包括我们电力人长接触的二次控制电源:比如在10kV变电站里常遇到直流屏,它提供的直流电能为全站控制设备提供电源。之所以要采用直流,是因为在直流下继保装置更加稳定,当然也有采用交流供电的配电设备控制系统,此时可能对于控制的稳定性要求不是太高。
交流电广泛用于家庭和工业电力供应、大型电机、照明、加热设备等,相比较直流的电力电子、控制等的应用,交流更多用于大电流高电压的场合。
5. 安全性的差异:
安全压轴出场,既然是涉及家庭用电安全常识,那么安全也是必须要进行对比的:
从生理效应角度,通常认为在相同电压和电流强度下直流电比交流电更安全,因为直流电引起的肌肉收缩可能会帮助受害者脱离电源,而交流电的肌肉僵直效应可能导致受害者无法自行脱离。特别是在工频(50Hz或60Hz)下,可以引发更严重的生理反应,如心室颤动等。
从感知电流和摆脱电流角度:感知电流是指能引起感觉的最小电流,对于交流电约为1mA,对于直流电约为5mA。摆脱电流是指人触电后能自己摆脱的最大电流,对于交流电约为10mA,对于直流电约为50mA。