交流和直流电的区别及其应用

交流电（AC）也称“交变电流”，简称“交流”。一般指大小和方向随时间做周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦交流电。交流电随时间变化的形式可以是多种多样的。不同变化形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。以正弦交流电应用最为广泛，其他非正弦交流电一般都可以经过数学处理后，成为正弦交流电的叠加。

交流电是用交流发电机发出的，在发电过程中，多对磁极按一定的角度均匀分布在一个圆周上，使得发电过程中，各个线圈切割磁力线，由于具有多对磁极，每对磁极产生的磁力线被切割产生的电压、电流都是按正弦规律变化的，所以能够不断地产生稳定的电流。交流电的频率一般是50Hz，即每秒变化50次。当然也有其他形式的交流电，如电子线路中有方波的、三角形的等，但这些波形的交流电不是导体切割磁力线产生的，而是电容充放电、开关晶体管工作时产生的。

通常，物体中的正、负电荷数量是相等的，一旦物体失去或得到一些电子时，就表现出负电或正电。电荷有规则的运动就产生电流。电流大小的单位是安培，用符号A表示。

如果在一个电路中，电荷沿着一个不变的方向流动，电流大小也不变，这就是直流电（DC）。在日常生活中，由电池提供的电流，就是直流电。直流输电具备输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点。当电路中的电流方向和大小做周期性变化时，称为交流电。现代发电厂生产的电能都是交流电，家庭用电和工业动力用电也都是交流电。高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性。仅仅由于技术上的原因，才使得交流输电代替了直流输电。

交流电的优点主要表现在发电和配电方面，利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机，经济又方便地把机械能（水的动能、风能）、化学能（石油、天然气）等其他形式的能转化为电能；交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价低廉；交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电带来极大的方便，这是交流电与直流电相比所具有的独特优势。直流电的优点主要在输电方面：

1）输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的1/2～2/3。直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线截面积相同和电流相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3。

如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用导线截面积的1.33倍。因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半。同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少。(www.xing528.com)

2）在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊场合，必须用电缆输电。例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观。一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×10³kW，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×10⁷kW·h。而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上。

3）直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行。交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50Hz，但实际上常产生波动。这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流，损坏设备，或造成不同步运行的停电事故。在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km。而直流输电线路互联时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。

4）直流输电发生故障的损失比交流输电小。两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流，因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关。而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互联时一样，因此不必更换两侧原有开关及载流设备。

在直流输电线路中，各极是独立调节和工作的，彼此没有影响。所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能。但在交流输电线路中，任一极相发生永久性故障时，必须全线停电。

提醒：在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。