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科学发展史告诉你,电流为什么要分交流和直流

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弹指惊雷 发表于 2018-11-29 18:26:07 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自- 中国江苏南通
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原创 科罗万象 2018-11-26 15:44:14


1801年英国化学家汉弗里·戴维发明了世界上最早的简易电灯,铂丝通电就能够发出耀眼白光,这种电灯几分钟时间就会被氧气迅速氧化,不具有实用性,但它比爱迪生发明的碳化棉丝白炽灯早了足足78年。至此,电开始和人们的生活有了交集。
早期的电流只有直流电,这是一种大小和方向都不变的恒定电流,它的最大优点是设计简单,可以利用煤炭燃烧产生热能,使水蒸气作为动力,让永磁体在闭合导体内的磁通量发生变化,产生感应电动势,以此作为供电能源。爱迪生在改进电灯后不久,1882年就在纽约珍珠街上建造了自己的发电厂,利用这套发电系统将110伏电压供给周围1英里范围内的60户居民。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,这种飞跃式的进步迅速打响了爱迪生的名气,越来越多的当地居民需要爱迪生的电灯和电能。随着需求增加,这时暴露出直流电的致命缺点,当发电厂和居民之间的距离较远时,直流输电会在电线上产生较多的热能将电能损耗,110伏电压到居民家中可能只有不到50伏了。为了解决这个问题,爱迪生命令每隔1英里就建造一个小型发电厂,这种“傻瓜式”的方法让当时遍地都是发电厂,显然不符合现代科学的简洁性。
直流电的弊端暴露后,交流电开始登场。


所谓的交流电是一种大小和方向存在周期性变化的电流。这种电流结合当时刚发明的变压器,能降低电能在线路上的损耗,并且只需要一个发电厂就可以满足整个城市的需求。
通常来说,交流发电机在输出110V电压的过程中,会先利用变压器将110V电压升压。因为在发电机功率P不变的情况下,P=UI,电压越大电流就越小,那么导线上流过的电流就越小,产生的热能就越小,因此损耗的电能P=I²R就越小。升压后的电压到了居民区再降压,就可以保证110V电压的稳定了。


而当时,直流电只能利用变压器降压,升压极其复杂并且耗能会更多。所以,交流电有着压倒性的优势。1886年,帮助爱迪生改进直流发电机,但被爱迪生戏耍而愤然出走的尼古拉·特斯拉,开始在公众场合极力推广交流电和自己的交流电系统。
看到交流电的宣传,爱迪生内心惶恐不已,因为自己的产业一大半都是建立在直流电系统上的,所以就开始雇人发传单抹黑交流电,说使用交流电有生命危险!


在爱迪生的授意下,一头大象被通上交流电电死了。
1888年,早有远见的西屋公司花费百万美元收购了特斯拉的所有交流电专利,这让特斯拉有了足够的资金和爱迪生抗争到底。1891年,特斯拉在芝加哥博览会点亮了9万盏灯泡,向众人证明交流电非常安全,这场电流之争才落下了帷幕。1893年,交流电正式取代直流电,作为电力系统的基础。此后,直流电更多被用于家用电器电池和玩具电池上,交流电已经在商业上占了主导。
故事到这里,并没有结束,反转来了!


照理说,交流电在商业上的优势是碾压性的。但1954年,瑞典建成了世界上第一座商用高压直流输电系统,直流电又开始反击了!
高压直流输电是发电厂将产生的交流电通过换流器变成直流电,让直流电在远距离传输后到达受电端,再变成交流电送入千家万户。
19世纪到20世纪之间,发电厂能够提供的电压是非常低的,而交流电的优势就在于能够升压减少损失。但现在的高压直流输电技术,能直接提供超过50万伏特的电压,在超远距离下导线更长,电阻更大电流更小,在传输过程中的单位损耗也会更低。通常超过800千米的距离,高压直流输电的优势就体现出来了。并且它的线路更少,造价更低,而且比交流输电技术更稳定,不过缺点是只能1对1输电,不能在经过的路径中供电。一些特定的情景中,高压直流输电会更有优势,例如海底电缆输电。


目前,我国已有14条高压直流输电线路,总长度2.5万公里,西电东送的年电量已经突破2000亿度,已达世界一流水平。
科学的发展充满着跌宕起伏,无论是交流电胜还是直流电胜,最终受益的都是寻常百姓。

  
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102 条评论   

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  • Hi握爪喵喵 3天前
    特斯拉是奇才,更多的发明是造福人类。
    回复  ⋅ 3条回复   219

      
  • 诸葛盆栽 2天前
    求问,为什么输电要用两根及以上导线?单根不行吗?
    回复  ⋅ 11条回复   4

      
  • 用户9383926727369 3天前
    如果没有特斯拉,直流电也许发展的更好。现在家里的设备 都是交流转直流了。
    回复  ⋅ 68条回复   29

      
  • 我的朋友都叫我阿田 2天前
    求问,电网怎么保持一直有电?是发电机一直在工作?还是有储电系统?
    回复  ⋅ 61条回复   30

      
  • 青岛来一箱 2天前
    直流电降压咋降?交流电靠变压器电磁转换,直流电靠电阻降压,假如把110V直流电降到5V咋整,如果负载是10A,是不是得加个很大的电阻,现在有速度很快的大功率开关管,用脉冲变压器,也能实现。但当初只能用普通变压器,直流电怎么实现电磁转换哪?我觉得还是特斯拉厉害,想的远,可能他发明交流电的时候就想到整流啦!就现在来说交流电机使用多方便啊?直流电机维护忒麻烦啦!唯一好处,调速硬特性好。





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華大夫 发表于 2020-7-24 14:26:52 | 显示全部楼层 来自- 中国浙江杭州
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今天的天气不错啊
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2021八3李睿 发表于 2021-10-22 12:01:32 | 显示全部楼层 来自- 中国河北石家庄
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不错,写的很深刻,收藏了
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林中小屋 发表于 2024-3-12 15:26:32 | 显示全部楼层 来自- 中国湖北十堰
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好好学习楼主的帖子!
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天涯奇女 发表于 2024-3-14 18:22:16 | 显示全部楼层 来自- 中国湖北十堰
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很经典,收藏了!
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