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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)實驗提出電荷守恒定律，并且定義了正電和負電的術(shù)語。恒定電流是指大小（電壓高低）和方向（正負極）都不隨時間（相對范圍內(nèi)）而變化，比如干電池。脈動直流電是指方向（正負極）不變，但大小隨時間變化，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間變化的恒定電動勢，為在電阻上消耗的焦耳熱補充能量。

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利用二極管（或更加復雜的晶閘管，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，應再加上濾波電路，將交流成分進一步濾除。

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。當發(fā)現(xiàn)了電磁感應后，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。以正弦交流電應用最為廣泛，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），是時間的簡諧函數(shù)。當閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時，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圓周上,使得發(fā)電過程中,各個線圈就切割磁力線,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(chǎn)生的，而是電容充放電、開關(guān)晶體管工作時產(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)點主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能（水流能、風能……）、化學能（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特優(yōu)勢。

直流電優(yōu)點

1、送相同功率時，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，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和各種損耗（絕緣材料的介質(zhì)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于或等于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(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，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過海峽時，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，其兩側(cè)交流系統(tǒng)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(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)不能同步運行，需要用復雜龐大的補償系統(tǒng)和綜合性很強的技術(shù)加以調(diào)整，否則就可能在設備中形成強大的循環(huán)電流損壞設備，或造成不同步運行的停電事故．在技術(shù)不發(fā)達的國家里，交流輸電距離一般不超過300km而直流輸電線路互連時，它兩端的交流電網(wǎng)可以用各自的頻率和相位運行，不需進行同步調(diào)整。

4、直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電小。兩個交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時，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一樣．因此不必更換兩側(cè)原有開關(guān)及載流設備。在直流輸電線路中，各級是獨立調(diào)節(jié)和工作的，彼此沒有影響．所以，當一極發(fā)生故障時，只需停運故障極，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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