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直流高壓發(fā)生器

什么是直流？

直流電（Direct Current，簡稱DC），又稱“恒流電”，恒定電流是直流電的一種，是大小和方向都不變的直流電，1747年，美國的富蘭克林根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出電荷守恒定律，并且定義了正電和負(fù)電的術(shù)語。恒定電流是指大小（電壓高低）和方向（正負(fù)極）都不隨時(shí)間（相對范圍內(nèi)）而變化，比如干電池。脈動直流電是指方向（正負(fù)極）不變，但大小隨時(shí)間變化，比如：我們把50Hz的交流電經(jīng)過二極管整流后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(jīng)過濾波（用電感或電容）以后才變成平滑直流電，當(dāng)然其中仍存在脈動成分（稱紋波系數(shù)），大小視濾波電路的濾波效果。

直流電原理

直流電所通過的電路稱直流電路，是由直流電源和電阻構(gòu)成的閉合導(dǎo)電回路。在該直流電路中，形成恒定的電場。在電源外，正電荷經(jīng)電阻從高電勢處流向低電勢處，在電源內(nèi)，靠電源的非靜電力的作用，克服靜電力，再從低電勢處到達(dá)高電勢處，如此循環(huán)，構(gòu)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(shí)間變化的恒定電動勢，為在電阻上消耗的焦耳熱補(bǔ)充能量。

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利用二極管（或更加復(fù)雜的晶閘管，又叫可控硅）的單向?qū)щ娦?將其整流變成直流電。有半波整流,全波整流,橋式整流等,這樣是脈動直流電，若要得到穩(wěn)定的輸出，應(yīng)再加上濾波電路，將交流成分進(jìn)一步濾除。

什么是交流？

交流電（alternating[??lt?r?ne?t] current[?k?r?nt, ?k?r-]），簡稱為AC。交流電也稱“交變電流”，簡稱“交流”。一般指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。當(dāng)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)后，產(chǎn)生交流電流的方法則被發(fā)現(xiàn)。早期的成品由尼古拉?特斯拉、麥可?法拉第與波利特?皮克西等人開發(fā)出來。其中，波利特?皮克西Hippolyte Pixii于1832年基于麥可?法拉第Michael Faraday的原理制造了第一臺交流電機(jī)。以正弦交流電應(yīng)用最為廣泛，且其他非正弦交流電一般都可以經(jīng)過數(shù)學(xué)處理后，化成為正弦交流電的疊加。正弦電流（又稱簡諧電流），是時(shí)間的簡諧函數(shù)。當(dāng)閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，線圈里就產(chǎn)生大小和方向作周期性改變的正弦交流電。交流電是用交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的,在發(fā)電過程中,多對磁極是按一定的角度均勻分布在一個(gè)圓周上,使得發(fā)電過程中,各個(gè)線圈就切割磁力線,由于具有多對磁極，每對磁極產(chǎn)生的磁力線被切割產(chǎn)生的電壓、電流都是按弦規(guī)律變化的，所以能夠不斷的產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。國內(nèi)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(dāng)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(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的，而是電容充放電、開關(guān)晶體管工作時(shí)產(chǎn)生的。

交流和直流的區(qū)別

交流電即交變電流，大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。直流電則相反。電網(wǎng)公司一般使用交流電方式送電，但有高壓直流電用于遠(yuǎn)距離大功率輸電、海底電纜輸電、非同步的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)等高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比，有明顯的優(yōu)越性。歷史上僅僅由于技術(shù)的原因，才使得交流輸電代替了直流輸電。交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能……）、化學(xué)能（石油、天然氣……）等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價(jià)大為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便。這是交流電與直流電相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢。

直流電優(yōu)點(diǎn)

1、送相同功率時(shí)，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2／3～l／2直流輸電采用兩線制，以大地或海水作回線，與采用三線制三相交流輸電相比，在輸電線載面積相同和電流密度相同的條件下，即使不考慮趨膚效應(yīng)，也可以輸送相同的電功率，而輸電線和絕緣材料可節(jié)約1／3。如果考慮到趨膚效應(yīng)和各種損耗（絕緣材料的介質(zhì)損耗、磁感應(yīng)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(dǎo)線截面積大于或等于直流輸電所用導(dǎo)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(shí)，直流輸電桿塔結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jīng)過大城市時(shí)，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過海峽時(shí)，要用海底電纜。由于電纜芯線與大地之間構(gòu)成同軸電容器，在交流高壓輸線路中，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，由于電壓波動很小，基本上沒有電容電流加在電纜上。

3、直流輸電時(shí)，其兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行，而交流輸電必須同步運(yùn)行．交流遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會產(chǎn)生顯著的相位差；并網(wǎng)的各系統(tǒng)交流電的頻率雖然規(guī)定統(tǒng)一為50HZ，但實(shí)際上常產(chǎn)生波動．這兩種因素引起交流系統(tǒng)不能同步運(yùn)行，需要用復(fù)雜龐大的補(bǔ)償系統(tǒng)和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)加以調(diào)整，否則就可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的循環(huán)電流損壞設(shè)備，或造成不同步運(yùn)行的停電事故．在技術(shù)不發(fā)達(dá)的國家里，交流輸電距離一般不超過300km而直流輸電線路互連時(shí)，它兩端的交流電網(wǎng)可以用各自的頻率和相位運(yùn)行，不需進(jìn)行同步調(diào)整。

4、直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電小。兩個(gè)交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，另一側(cè)要向故障一側(cè)輸送短路電流。因此使兩側(cè)系統(tǒng)原有開關(guān)切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換開關(guān)。而直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒有互連時(shí)一樣．因此不必更換兩側(cè)原有開關(guān)及載流設(shè)備。在直流輸電線路中，各級是獨(dú)立調(diào)節(jié)和工作的，彼此沒有影響．所以，當(dāng)一極發(fā)生故障時(shí)，只需停運(yùn)故障極，另一極仍可輸送不少于一半功率的電能。但在交流輸電線路中，任一相發(fā)生永久性故障，必須全線停電。另外提醒一下，在直流輸電系統(tǒng)中只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電。

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