直流电交流电(应用、原理、转换)


交流电和直流电
概念
交流电(交变电流)的大小和方向随时间周期性变化。
直流电的大小和方向保持恒定。
输电
电网公司通常采用交流电方式输电,但以下场景会使用直流电:
远距离大功率输电
海底电缆输电
非同步交流系统之间的联络
比较
交流电的优点:
发电和配电方面:利用电磁感应发电容易。
造价低廉:交流电源和变电站成本较低。
升压和降压方便:通过变压器可轻松调节电压。
直流电的优点:
输电方面:
导线需求量少:仅需交流电的 2/3~1/2。
损耗低:没有电容电流导致的损耗。
不需要同步运行:两侧交流系统可不同步运行。
故障影响较小:一根线路故障不会影响另一根线路。
交流和直流电的使用
虽然直流输电在输电方面有优势,但交流电在发电、配电和电器使用方面仍然占主导地位。发电系统和用电系统本质上都是交流电,直流输电只应用于输电环节。
交流电的频率
交流电的频率是由发电机的磁极对数和转速决定的。
我国电网的标准频率为 50Hz,国外一些电网采用 60Hz。
电容器在交流电路中的作用
电容器对交流电流有阻碍作用,称为阻抗。
电容器的阻抗称为容抗,与频率成反比。
电容器具有隔直流的作用。电容器对交流电阻力
电容器对交流电的阻力,即容抗,随交流电频率而变化。原因是电容器通过充放电来工作。
充放电过程
当电源断开时,电容器处于未带电状态。
当电源接通时,自由电子从正极板吸引到负极板。
由于极板之间绝缘,自由电子在负极板上聚集,导致正极板带正电,负极板带负电。
电容器极板之间的电位差逐渐增大,直至等于电源电压,充电停止。
与频率的关系
交流电频率越高,电容器的充放电次数越多。
电流增多,阻力减小。
电容器对高频交流电的容抗较小。
与电容的关系
容量越大,容抗越小。
容量越小,容抗越大。
实际应用
我国工频交流电频率为 50 Hz。在交流电路中,电容器 thường được dùng để bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất. Điều này liên quan đến việc ghép nối dung kháng phù hợp, tránh tình trạng "nói tụ điện trong mạch điện xoay chiều như dây dẫn" và "nếu tụ điện được kết nối trực tiếp giữa dây nóng và dây nguội sẽ gây ra đoản mạch".
Các khái niệm khác liên quan
Chu kỳ (T): Thời gian để dòng điện xoay chiều thay đổi một chu kỳ hoàn chỉnh. Tính bằng giây (s). Ở Việt Nam, chu kỳ của dòng điện xoay chiều lưới điện là 0,02 s.
Tần số (f): Số chu kỳ dòng điện xoay chiều thay đổi trong một giây. Đơn vị là hertz (Hz). Tần số lưới điện Việt Nam là f = 50 Hz, thường được gọi là "tần số công nghiệp".
Tần số góc (ω): Đại lượng đo tốc độ thay đổi của dòng điện xoay chiều bằng số độ điện thay đổi trong một giây. Đơn vị là radian trên giây (rad/s). Tần số góc liên hệ với chu kỳ và tần số như sau:
ω = 2π/T = 2πf
Lời kết
Hiểu rõ về điện trở của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều là rất quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế.