为什么半导体都是用直流电然则发电厂送来的都是交流电

最近在做个项目，涉及AC/DC电源设计，由于AC/DC由于功率增加带来了诸多麻烦，设计繁芜度比DCDC要多得多，以是反问一个很根本的问题：为什么半导体都是用直流电，但是发电厂送来的都是互换电？

而人类最早用电的需求便是来自照明，就跟在夜晚时候，一个灯泡就可以点亮阴郁，而不是跟古代人一样用阴暗的烛炬来照明。
以是这就让我们要感激当时在地球上发明了灯泡的爱迪生，他是在19世纪享誉盛名的天才发明家。

而上帝就在他那个年代，放置了一个同样也是拥有几百项发明专利的青年才俊特斯拉，而他们两位就在相同的领域，并且每个人都具备大量发明专利的情形下，展开了一场世编年夜战，那便是来自互换电跟直流电的纷争。

而这就牵扯到这两位天才发明家在地球上的地位，以是在当时两者为了赢得全天下的赞誉都是挖空心思，爱迪生代表了直流电这一边，而特斯拉就代表了互换电这一侧，曾经的互换电直流电之争在目前来看，当时还是相称精彩。

当年那个电器大量开始涌现的年代，爱迪生为了赢取大家的认可，不惜用互换电电去世了一头健壮的牛，劝告人们要阔别互换电，而终极的结果却出乎猜想，那便是特斯拉代表的互换电赢了爱迪生的直流电。
而这个中，这两种电究竟有何差异？

流电跟直流电在实质上来说，实在便是方向跟大小这两者的问题，也便是说直流电便是一贯大小不改变方向也不改变的电流，而互换电则便是会改变方向跟大小的电流，两者拥有如此巨大的差距，能够让特斯拉的互换电胜出，这是地球上科技发展的一定趋势。

为在随着用电时期的到来，大部分地区都开始远间隔运送电流，每家每户的电都是通过电厂在冗长的电线中运送过去，而在这样远间隔的运送过程中，假如一贯利用直流电来运送，未便利进行升压，如果用低压传输就会涌现电力大量摧残浪费蹂躏的情形，不利于经济节约是小事，传输线会由于电流过大无法承载大功率的运用。

随着电器数量越来越多，功率越来越大，传输间隔越来越远的时期发展，直流电一定就不能够跟互换电相提并论，用互换电便是便利，只须要在电厂这里输出端降落电流，并且可以在中途运送过程中变换方向，完备就能够在长间隔的输送上减少损耗，而即将达到用户真个时候，就可以适当变压，达到预期的电路效果。

然直流电在目前来说，虽然在远间隔运送电流方面上不如互换电，依然还是能够在半导体材料中找到它的一席之地，这是互换电不能够替代的。

上目前在环球提倡绿色低碳的角度上，在环境友好型的电子设备中，依然有着直流电发挥的地方，能够让很多设备兼容这种单向通报的直流电运送。

一项发明，在历史长河中是否具有生命力，取决于它的实用代价。
例如拉链，被誉为最伟大的发明，其道理也基于此。
题主实在谈的是电能问题。
我们知道，电能包括发电、运送电、配电和用电四大过程。
1.发电和运送电的升压和降压在发电和运送电的过程中，有一个关键的设备，便是变压器。
为何要用变压器来改变电压？我们知道，电能的传输导线是具有电阻的，传输导线所花费的电能功率Pline为：

这里的I便是流过导线的电流。
可见，为了减小线路损耗，就要减小电流。
事实上，运送电花费掉的电能，占总发电电能的比例不可小觑。
减小运送电的线路损耗，有很大的意义。

而要减小电流，最方便的便是利用变压器了。
如果我们忽略掉变压器的各种损耗，例如铁损、铜损等等，则变压器两侧的功率基本相等。
把变压器某侧的电压升高，该侧的电流自然就减小了。
不过，变压器只能事情在互换电路中，不能事情在直流状态下。
我们来看变压器的事情事理：

忽略变压器的损耗，则有：

在这里，U1和I1是变压器一次侧的电压和电流，U2和I2是变压器二次侧的电压和电流，K是变比。
我们看到，只要把U2提高，则I2自然就小了，于是在输配电线路的起始端，我们把电压给升高，在输配电线路的末端，我们再把电压给降下来。
这样就减小了线路损耗。
互换传输线上的高压电和超高压电其用场就在于此。
我们看到，利用变压器，互换电压的高低变换何其方便。

但直流电可以升压吗？当然可以，但相对互换升压来说，要麻烦很多，且本钱要高很多。
除非是长间隔运送电，否则不划算。
可见，在发电和运送电中，互换电比直流电要方便很多，本钱也低廉很多。

不过，也不是说直流就没有上风。
互换线路电阻与直流比较，还多了趋肤效应和临近效应，因此同样的导线，互换线路电阻大于直流线路电阻。
换句话说，实在互换的线路损耗大于直流的线路损耗。
也因此，采取直流长间隔运送电，也是人们追求的目标之一。
我国在这方面走在世界前列，我国的天下首条800kV的直流输电线路正在平稳高效安全地运行中。

2.配电方面的问题在运送电的末端，须要分配电能，这就须要利用配电电器。
配电电器的紧张元件是各种隔离开关和断路器。
对付开关电器来说，灭弧是个大问题。
电弧会烧蚀触头，产生巨大的热冲击，严重影响到开关设备的稳定事情。

互换电和直流电比较，每个周波有两次过零，而过零时，电弧也自动熄灭，以是互换电器的灭弧能力强于直流电器。
有一个参数，它描述的是电弧熄灭后电弧介质气体的规复过程和规复强度，用Ujf来表达；其余一个参数，它描述的是电弧熄灭后，电压上升过程和强度，用Uhf来表达。
所谓介质气体的规复，指的是气体从电弧的等离子状态规复为正常气体状态，显然，它与韶光有关，也与气体性子有关。
如果：

也即，介质规复强度大于电压规复强度，则电弧将不会不重新燃烧。

上图中，在时候0，互换电弧过零熄灭。
但过零后，Ujf2小于Uhf，以是互换电弧重燃；Ujf1>Uhf，以是互换电弧不再重燃，并且彻底地熄灭。
不过，直流电弧可没这么好，它根本就不会过零。
我们看下图：

上图是GIS复合开关，一样平常用于高压配电网。
GIS看起来象一只只的锅炉，大筒子里便是开关，开关周围充满了六氟化硫气体。
六氟化硫气体的特点是分子量大，非常稳定，绝缘性能特殊好，以是用来在高压电器中加强灭弧，提高Ujf。
不过，六氟化硫是温室气体。
因此人们期望能找到一种气体替代它。
真空便是一种好办法。
可见灭弧是多么主要的一件事。
在这方面，直流电比互换电要逊色多了。
因此，同样的开关电器，用在直流就必须降容。
为了改进直流开关电器的灭弧能力，人们在电弧烧蚀的材料中镀上一层特种膜，在高温烧烤下，能开释出类似六氟化硫的气体，以此提高介质规复强度。
3.用电电器方面在用电电器方面，最范例的便是互换鼠笼式异步电动机了。
相对直流电机，它价格低廉，事情可靠，性能稳定，也无须改换碳刷。
因此，直流电机完备比不上互换电机的方便、实用和可靠，直流电机的运用面也要小很多。
不可否认的是，直流电机的调速性能良好，但自从有了变频器，互换电机的调速问题也办理了，直流电机的优点也被削弱了。

4.电源变换方面互换电变成直流电，十分方便，采取整流电路就可以了。
但直流电要变成互换电，须要配套逆变器，相对麻烦得多。

部分内容整理自《百度号》黑洞先驱，《知乎》Patrick Zhang

版权声明：同盟致力于好文共享，推送文章部分源于网络，版权归原作者所有，若涉及版权问题，烦请原作者联系我们，我们会在24小时内删除处理，感激！
^_^。